TERMOHIDRAULIKA CEVNIH SISTEMA
KOTLOVA NA BLOKOVIMA B1 I B2
TERMOELEKTRANE „NIKOLA TESLA B”
Vladimir Stevanović,, Sanja
j Prica,,
Blaženka Maslovarić
Mašinski fakultet u Beogradu
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
MOTIV I CILJ
• P
Povećanje
ć j protoka
t k sveže
ž pare u cilju
ilj povećanja
ć j snage
blokova B1 i B2 na TENT B
• Određivanje promene pritiska u cevnom sistemu kotla od
ulaza u EKO do izlaza iz pregrejača pare 4 pri radu na
nominalnim i maksimalnim opterećenjima
• Sagledavanje termohidraulike kotla pri radu sa dve,
jednom i bez obe linije ZVP
• Uzroci povećanog pada pritiska u cevnom sistemu kotla?
• Podloge za licenciranje blokova od 620 MWe za novu
nominalnu snagu od 665 MWe
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
CEVNI SISTEM KOTLA I
PROJEKTNI NOMINALNI
USLOVI RADA
•Protok
Protok sveže pare 522,22 kg/s
(1880 t/h)
•Pritisak sveže pare na izlazu iz kotla
186,5
, bar
•Temperatura sveže i naknadno
dogrejane pare na izlazu iz kotla
540 oC
•Pritisak napojne vode na ulazu u
EKO
231,5 bar
•Ukupni pad pritiska u kotlu
45 bar
•Pad pritiska od EKO do separatora
20 bar
•Pad
P d pritiska
iti k od
d separatora
t
d
do iizlaza
l
iz PP4
25 bar
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
TERMOHIDRAULIKA KOTLA –
PROJEKTNI USLOVI
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
TERMOHIDRAULIČKI MODEL
CEVNOG SISTEMA KOTLA –
GEOMETRIJA I LOKALNI OTPORI
14
60
128
47
11
00
54
10
60
3
00
79
d
desna
strana kkotla
l
655
0
617
0
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
00
TERMOHIDRAULIČKI MODEL CEVNOG SISTEMA KOTLA –
PRORAČUN STRUJANJA
•
•
Numeričko rešavanje bilansa mase, količine kretanja i energije za
jednofazno i dvofazno strujanje vode i vodene pare
Bilansi mase
d (α1ρ1u1 )
= Γ 21 − Γ12
dx
•
d (α 2ρ2u2 )
= −Γ 21 + Γ12
dx
Bilansi količine kretanja
d (α1ρ1u12 )
dp
+ α1
= a21τ 21 − a1zτ1z + Γ 21u2 − Γ12u1 − α1ρ1 g sin θ
dx
dx
d (α 2ρ2u22 )
dp
+ α2
= −a21τ 21 − a2 zτ 2 z + Γ12u1 − Γ 21u2 − α 2ρ2 g sin θ
dx
•
dx
Bilansi energije
d (α1ρ1h1u1 )
= (Γ 21 − Γ12 )h" + q&v1
dx
•
d (α 2ρ2 h2u2 )
= (Γ12 − Γ 21 )h" + q&v 2
dx
Lokalni otpori
⎛ ρ ' ⎞⎤
G2 ⎡
Δpl = ς
=ς
+
− 1⎟ ⎥
x
1
⎢
⎜
2
2ρ ' ⎣
ρ
"
⎝
⎠⎦
ρu 2
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
PRORAČUN PROJEKTNIH USLOVA
Dve linije ZVP, protok sveže pare = 1880 t/h, ubrizgavanje = 112 t/h, hrapavost
cevi do 0,05 mm
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
PRORAČUN POGONSKIH USLOVA – BLOK B1
BF-PP3 BF PP2-BF
0
534,9 C
3400
`
457,6 C
2800
2600
`
`
0
379,0 C
2400
h (kJ/kg))
`
480,7 0C
Noseće cevi
p
cevi 2
Isparivačke
PP1-PP2
PP3 ` PP2
0
, 0C
` ` 411,8 C
PP3 PP4 421,9
PP3-PP4
0
410,9 C
PP1 380,4 0C
0
3000
2000
`
PP4
3200
2200
490,3 0C
`
Isparivačke cevi 1
`
Spiralne isparivačke
cevi
0
x=1
372,6 C `
`
372,3 0C
372,8 0C `
373,1 0C `
x=0
1800
1600
Spusne cevi
320,0 0C
1400
1200
320,0 0C
EKO
1000
220,0 0C
800
160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260
p (bar)
Jedna linija ZVP, protok sveže pare 1824 t/h, ubrizgavanje = 224 t/h, hrapavost
0 28 mm – 0,7
0,28
0 7 mm; u odnosu na proj
proj. nom
nom. Δ(Δpeko-sep+Δpsep-PP4) = 13+7 = 20 bar
pri 1826 t/h, ubrizgavanju 155 t/h i Tnv=231 oC = 16+9 = 25 bar
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
TERMOHIDRAULIČKI PARAMETRI U ISPARIVAČU KOTLA
390
700
1900 t/h
600
1826 t/h
360
350
340
Vertik l
kalne
isparivačke
cevi
330
Spiralne isparivačke cevi
1826 t/h
400
50
100
150
200
250
1711 t/h
300
200
Negrejane cevi
100
Noseće
320
0
1900 t/h
3
1711 t/h
500
Gustina (kg/m
m)
370
o
Temperatura ( C)
380
300
350
400
Spiralne isparivačke cevi
Vertikalne
isparivačke
cevi
100
250
Negrejane cevi
Noseće
0
450
0
50
150
Dužina (m)
200
300
350
450
D ži ((m))
Dužina
245
9
8
235
u2
7
6
225
1900 t/h
215
1826 t/h
205
195
Spiralne isparivačke cevi
Vertikalne
isparivačke
cevi
1711 t/h
Brzina (m/s)
Pritisak (bar)
400
u2
u2
5
4
u1
3
1
Noseće
u1
u1
2
Negrejane cevi
u1
Spiralne isparivačke cevi
u2
Vertikalne
isparivačke
cevi
Negrejane cevi
2 0
250
300
Noseće
0
185
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0
50
0
100
1 0
150
Dužina (m)
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
200
Dužina (m)
3 0
350
400
00
450
0
PRORAČUN POGONSKIH USLOVA – BLOK B1
POREĐENJE SA IZMERENIM VREDNOSTIMA
260
Izmereno iza napojne glave (RL70P011)
250
240
Ulaz u ekonomajzer, računska vrednost
Prritisak (barr)
230
220
Sračunato za separator
210
200
Izmereno u separatoru, NA45P001
190
180
Izmereno ispred TVP
TVP, RA30P001
170
160
0.00
Sračunato ispred TVP
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
Vreme (min)
Jedna linija ZVP,
ZVP protok sveže pare 1824 t/h,
t/h ubrizgavanje = 224 t/h,
t/h
hrapavost 0,28 mm – 0,7 mm
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
PRORAČUN POGONSKIH USLOVA – BLOK B1
POREĐENJE SA IZMERENIM VREDNOSTIMA
550.00
Izlaz iz kotla, sračunato
Izmereno ispred TVP, RA30T001
o
Te
emperatura
a ( C)
500.00
450.00
400.00
Ispred pregrejača pare 1, sračunato
Izmereno ispred pregrejača pare 1
350.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
Vreme (min)
Jedna linija ZVP, protok sveže pare 1824 t/h, ubrizgavanje = 224 t/h,
hrapavost 0
0,28
28 mm – 0,7
0 7 mm
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
RADNA KARAKTERISTIKA KOTLA NA BLOKU B1
Rad sa dve linije ZVP
260
250
Iza napojne glave
Jedna linija ZVP
240
Pritisak (bar)
230
220
210
200
U separatoru
Jedna linija ZVP
190
180
170
Izlaz iz kotla
160
150
140
1600
Jedna linija ZVP
Ispred turbine
1650
1700
1750
1800
1850
1900
1950
Protok (t/h)
Ο - računski pritisak iza napojne glave, • - izmereni pritisak iza napojne glave, - sračunati
pritisak u separatoru,
separatoru ■ - izmereni pritisak u separatoru
separatoru, ◊ - sračunati pritisak na izlazu iz kotla
kotla,
Δ - sračunati pritisak ispred turbine, ▲ – izmereni pritisak ispred turbine
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
POREĐENJE PADA PRITISKA NA BLOKU B1
PROJEKTNI USLOVI – POGONSKI USLOVI
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ANALIZA POJEDINIH UTICAJA NA PAD PRITISKA
• Lokalni otpori do 10%
• Varovi
V
i u spiralnim
i l i iisparivačkim
i čki cevima
i
< 1,5
15b
bar
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
1.4
1.2
ANALIZA UTICAJA PROFILA
TOPLOTNOG FLUKSA DUŽ
VISINE LOŽIŠTA NA PAD
PRITISKA U ISPARIVAČU
qA / qA,sr
1
0.8
0.6
0.4
Gorionik I
Gorionik II
Uniformni profil
Gorionik III
Profil sa maksimumom oko
polovine visine ložišta
Profil sa maksimumom pri
vrhu ložišta
0.2
0
0
50
225
100
Dužina (m)
150
200
223
221
Pritisak (bar))
219
217
Maksimum toplotnog
fluksa pri vrhu ložišta
215
213
Uniformni profil
211
209
207
Maksimum toplotnog
fluksa oko polovine
i i
205
0
50
100
150
200
250
Dužina (m)
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ANALIZA UTICAJA NA PAD
PRITISKA
Očekivana hid. hrapavost
p
0,1
, mm
Razlozi povećane hrapavosti:
•“Starenje” materijala cevi tokom 25 godina pogona sa 512 zastoja na B1 i 441
zastoja na B2 (na bloku B1 100 zastoja u toku 1. godine rada)
•Izloženost visokim toplotnim fluksevima sa brojnim zagrevanjima i hlađenjima
•Periodi rada sa lošijim kvalitetom vode
•Korozija
•Za
Z 9 bar
b veći
ći pad
d pritiska
iti k prii nominalnom
i l
opterećenju
t ć j od
d projektne
j kt vrednosti
d
ti
pri garancijskim ispitivanjima na bloku B1 – povećana hrapavost novih cevi ?
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
HIDRAULIČKA HRAPAVOST
Hrapavost cevi > ravnomerna i neravnomerna.
Većina industrijskih cevi su neravnomerno hrapave.
Pošto se na osnovu dimenzija neravnomernosti na površini
zida cevi ne može jednoznačno predvideti hidraulički
otpor, uvodi se pojam hidrauličke ili ekvivalentne
hrapavosti koja se određuje merenjem pada pritiska u cevi.
Hid ličk hrapavost
Hidraulička
h
t zavisi
i i od:
d
• materijala i načina izrade cevi,
• karakteristika fluida koji struji u cevi i koji dovodi do korozije,
formiranja neravnina i stvaranja naslaga na zidu cevi,
• vremenskog perioda i uslova skladištenja do ugradnje cevi,
perioda korišćenja cevovoda, perioda van pogona i stanja
okvašenosti cevi u periodu zastoja.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
RASPOLOŽIVI PODACI O HIDRAULIČKOJ HRAPAVOSTI
•Idelčik, Priručnik za hidrauličke otpore:
•komercijalne čelične bešavne cevi sa protokom hemijski pripremljene
pregrejane pare ili vode ε≈0,1 mm,
•u malo korodiranim cevima i cevima sa manjim naslagama ε≈ 0,4 mm
•Siddhartha,
Siddh th B.,
B Energy
E
Conversion
C
i & Management,
M
t 47 (2006)
• u kotlovima snage 210 MWe, nakon perioda od 20 godina pogona
•u ekonomajzeru 0,235 do 0,4 mm,
•u isparivačima od 0,34 mm do 0,5 mm
•u pregrejačima pare 0,365 mm do 0,5 mm.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAVISNOST KOEFICIJENTA TRENJA OD HIDRAULIČKE HRAPAVOSTI
Koeficijent trenja pri razvijenom turbulentnom strujanju u cevi unutrašnjeg
prečnika 0,028 m
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
STANDARDI
Evropske norme DIN EN 10216-2
•dozvoljava
dozvoljava se odstupanje unutrašnjeg prečnika cevi do vrednosti koja je
određena kao veća od ±1% prečnika cevi i ±2 mm
•za cevi kod kojih je odnos debljine zida i unutrašnjeg prečnika veći od 0,12
toleriše se promena debljine zida cevi od ±10% (kod cevi spiralnog isparivača
dimenzija 38 x 5 mm debljina prečnika može da varira do ± 0,5 mm
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAKLJUČCI:
1. Odlično slaganje rezultata proračuna sa projektnim podacima RAFAKO,
hidraulička hrapavost do 0,05 mm
2 Povećana
2.
P
ć
hidraulička
hid ličk hrapavost
h
t u sadašnjem
d š j
stanju
t j na B1 i B2
3. Povećani hidraulički otpori
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAKLJUČCI:
4. Moguće snage blokova B1 i B2 TENT B u zavisnosti od temperature
rashladne vode
5. P
Pritisak
i i k u separacionim
i i b
bocama na iizlazu
l
iiz iisparivača
i č kkotla
l na bl
bloku
k B1
B1,
koji se ostvaruje pri protoku sveže pare od 1900 t/h, iznosi približno 213 bar.
Dalje povećanje pritiska u separatoru dovelo bi do prelaska napojne vode u
stanje
t j pregrejane
j
pare u oblasti
bl ti pritiska
iti k i ttemperature
t
kkojiji su značajnije
č j ij veći
ći
od kritičnih vrednosti (pkr=220,64 bar i Tkr=373,95 oC), što bi uticalo na
povećanje temperature na izlazu iz isparivača preko 400 oC.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
ZAKLJUČCI:
4. Veći pad pritiska u cevnom sistemu kotla na B1 izmeren i pri garancijskim
ispitivanjima 1984./85. godine
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
PREPORUKE:
•Tokom remonta vizuelna kontrola, naslage i talog u kolektorima?
•Uzimanje uzoraka i određivanje geometrije i hrapavosti površina.
•Hidrauličko
Hidrauličko merenje pada pritiska u cevima uzorkovanim sa kotla u okviru
ekperimentalne test instalacije.
•Ugradnja merenja pritiska sa odgovarajućom tačnošću i digitalnim
očitavanjem
j
u cilju
j određivanja
j p
pada p
pritiska u p
pojedinim
j
delovima cevnog
g
sistema kotla.
•Proveriti i prema potrebi baždariti merenja protoka vode za ubrizgavanje, kao
i merenja protoka pare.
Zavisno od uzroka, mogu se primeniti sledeće mere za smanjenje hidrauličkih
otpora u kotlu:
•ukoliko je hrapavost cevovoda mala, a postoje naslage značajne debljine,
treba razmotriti mogućnost hemijskog čišćenja, pod uslovom da se hrapavost
površina nakon čišćenja ne poveća usled hemijskog delovanja sredstva za
čišć j
čišćenje;
•pri tome treba imati u vidu da je planirano da se u narednih 5 godina zamene
pojedine grejne površine i da se izvrše rekonstrukcije u cilju smanjenja emisije
NO (eventualna
NOx
(
t l ugradnja
d j vrtložnih
tl ž ih gorionika
i ik itd.),
itd ) tako
t k da
d sa tog
t stanovišta
t
išt
ne treba vršiti hemijsko čišćenje cevi koje bi ubrzo nakon čišćenja bile
zamenjene novim;
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
PREPORUKE:
•ukoliko je hrapavost cevovoda značajna, što se može očekivati s obzirom na
dosadašnji period rada kotlovskih postrojenja TENT B od oko 25 godina, treba
pristupiti postupnoj zameni starih cevi sa novim, čija bi hrapavost unutrašnje
površine bila u granicama do 0,05 mm; takođe, treba predvideti nabavku
kvalitetnijih cevi kod kojih bi odstupanje od cilindrične geometrije bilo
minimalno ((cevi sa minimalnim p
promenama unutrašnjeg
j gp
prečnika i debljine
j
zidova cevi);
•razmotriti mogućnost povećanja protočnog preseka (povećanjem broja
paralelno povezanih cevi) kod slabije toplotno opterećenih površina (na
primer rekonstrukcijom ekonomajzera). Pri tome treba voditi računa da ne
dođe do povećanog stvaranja naslaga usled prekomernog smanjenja brzine u
cevima.
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
HVALA NA PAŽNJI
ELEKTRANE 2010., Vrnjačka Banja
Download

NIKOLA TESLA B