авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Совершенствование водоподготовки тэс на основе разработки технологии производства гранулированного коагулянта

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ДЕНИСОВ Дмитрий Геннадьевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВОДОПОДГОТОВКИ ТЭС НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННОГО КОАГУЛЯНТА

05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические

системы и агрегаты

05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново 2008

Работа выполнена на кафедре «Тепловые электрические станции» в ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Н а у ч н ы й р у к о в о д и т е л ь –

доктор технических наук, профессор Шувалов Сергей Ильич

О ф и ц и а л ь н ы е о п п о н е н т ы:

доктор технических наук, профессор Жуков Владимир Павлович

кандидат технических наук, доцент Шатова Ирина Анатольевна

В е д у щ а я о р г а н и з а ц и я – ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» Филиал «УралВТИ-Челябэнергосетьпроект»

Защита состоится « 27 » июня 2008 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина» по адресу:

153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корпус «Б», аудитория 237.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, Ученый совет ИГЭУ. Тел.: (4932) 38-57-12, факс: (4932) 38-57-01. Е-mail: npp@als.ispu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного энергетического университета.

Автореферат разослан «26» мая 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор А. В. Мошкарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для очистки воды от коллоидных примесей на водоподготовительных установках (ВПУ) тепловых электрических станций (ТЭС) широкое распространение получили алюмосодержащие коагулянты. Технология хранения и подготовки рабочего раствора коагулянта на тепловых электростанциях остается постоянной на протяжении нескольких десятилетий. В настоящее время для складирования реагента используют растворные баки (ячейки мокрого хранения), из которых раствор коагулянта направляется в баки – мерники, где доводится до требуемой концентрации. Эта технология обладает рядом существенных недостатков, к одному из которых относится потребность в ячейках мокрого хранения. Ячейки занимают большую площадь складского помещения (от 60 до 90 м2 одна ячейка) и требуют высоких капитальных затрат на обслуживание. Их наличие приводит к необходимости использования дорогостоящего кислотостойкого оборудования (насосов, трубопроводов, запорно-регулирующей арматуры), а также к периодическим ремонтам антикоррозионной защиты ячеек. Хранение коагулянта в мокром виде приводит к слеживанию реагента и образованию однородной глинообразной массы, для растворения которой требуются значительные затраты тепловой и электрической энергии.



Уменьшение склада хранения коагулянта, исключение слеживания реагента, отказ от ячеек мокрого хранения и сопутствующих затрат на их обслуживание позволяет осуществить технологическая схема, в которой хранение коагулянта осуществляется в сухом виде, а для подготовки раствора коагулянта используются совмещенные растворно-расходные баки. При этом для исключения слеживания реагента и обеспечения максимальной компактности реагентного узла необходимо использование гранулированных продуктов. С начала 90-х годов прошлого столетия такие реагенты весьма успешно используются в системах городского водоснабжения и на ряде водоочистительных установок небольшой мощности. Для оценки применимости таких коагулянтов на ВПУ ТЭС и совершенствования технологической схемы подготовки коагулянта необходимо определить размер частиц реагента, который будет достаточен для создания компактной и высокотехнологичной установки.

Гранулированный сульфат алюминия в Российской Федерации производится на ЗАО «Синтез» г. Кострома. На технологической линии ЗАО «Синтез» разброс размеров частиц коагулянта и его средняя крупность изменяется в широких пределах (от 2 до 20 мм). Высокий уровень полифракционности продукта и его излишняя крупность не позволяют использовать этот коагулянт для компактных водоподготовительных установок, а также конкурировать на внутреннем рынке страны с импортными аналогами. Для применения компактных схем подготовки раствора гранулы коагулянта должны иметь размеры, обеспечивающие приемлемое время растворения в малогабаритных установках. Для производства гранулированных реагентов с требуемой крупностью необходимо использовать соответствующие технологические схемы и оборудование.

Целью диссертации является совершенствование узла коагулянта водоподготовительных установок ТЭС путем перехода на мелкозернистый гранулированный продукт, сухое складирование реагента и непрерывный способ подготовки рабочего раствора, а также разработка новой технологии производства гранулированного коагулянта с размерами зерен требуемой крупности.

Задачи диссертации:

  • исследование кинетики растворения 18-водного сульфата алюминия и оценка необходимого размера гранул для компактных схем водоподготовительных установок ТЭС;
  • разработка методики контроля процесса растворения коагулянта;
  • определение конструктивных и режимных характеристик оборудования для хранения гранулированного реагента и подготовки раствора коагулянта на ТЭС;
  • разработка и идентификация математических моделей формирования дисперсных составов и массопотоков технологических процессов производства гранулированного коагулянта;
  • разработка технологической линии производства гранулированного сульфата алюминия для обеспечения компактных ВПУ ТЭС;
  • разработка имитационных компьютерных программ технологических линий производства гранулированных коагулянтов и анализ влияния конструктивных и режимных факторов на дисперсный состав продукции.

Объектом исследования является гранулированный сульфат алюминия Al2(SO4)3·18Н2О (далее по тексту, коагулянт).

Предмет исследования включает в себя процессы преобразования дисперсного состава сульфата алюминия при гранулообразовании в аппарате барабанного типа, классификации на грохоте и в сепараторе, измельчении в молотковой дробилке, перемещении на транспортере и в бункере, а также растворения в растворно-расходных баках ТЭС.

Научная новизна работы заключается в том, что:

  • получены новые экспериментальные данные по кинетике растворения 18-водного сульфата алюминия, позволяющие определять время полного растворения гранул коагулянта в условиях ТЭС при изменении температуры раствора, размера гранул коагулянта, массовой доли реагента в растворе и частоты вращения лопастей мешалки;
  • впервые выявлена и идентифицирована зависимость между массовой долей 18-водного сульфата алюминия, температурой и удельной электропроводностью раствора;
  • разработана математическая модель укрупнения частиц коагулянта в грануляторе барабанного типа. Предложены новые аналитические выражения для расчета селективной и распределительной функций агломерации в условиях гранулообразования в барабанном аппарате;
  • разработаны математические модели технологических линий производства гранулированного сульфата алюминия, учитывающие процессы преобразования дисперсных составов и массопотоков во всех узлах технологических схем.

Практическая ценность результатов состоит в следующем:

  • выбраны конструктивные и режимные характеристики оборудования, необходимого для хранения и подготовки рабочего раствора коагулянта на водоподготовительных установках ТЭС;
  • показано, что для усовершенствованных технологических схем подготовки раствора коагулянта из гранулированного реагента максимальный размер частиц должен составлять не более 5 мм;
  • идентифицированы математические модели и на их основе разработаны вычислительные программы основных технологических процессов производства гранулированного коагулянта на ЗАО «Синтез» г.
    Кострома;
  • показано, что наблюдаемая нестабильность дисперсного состава коагулянта обусловлена структурой существующей технологической линии;
  • предложена новая технология производства коагулянта, обеспечивающая получение гранул с размером от 2 до 5 мм и исключающая нестабильность дисперсного состава;
  • разработаны динамические компьютерные модели технологических схем производства гранулированного коагулянта, имитирующие работу производственных процессов в режиме реального времени;
  • определен состав и режим работы оборудования предложенной технологической линии.

Автор защищает:

  • экспериментальные данные по кинетике растворения гранулированного 18-водного сульфата алюминия при технологически обоснованных уровнях воздействия температуры раствора, размера гранул коагулянта, частоты вращения лопастей мешалки и массовой доли коагулянта в растворе;
  • методику определения массовой доли коагулянта в растворе по значениям температуры и удельной электропроводности раствора;
  • математическую модель формирования дисперсных составов и массопотоков гранулированного сульфата алюминия в структуре технологической линии производства коагулянта;
  • математические модели гранулообразования в аппарате барабанного типа и формирования дисперсного состава материала в бункере ретура;
  • новую технологию производства гранулированного коагулянта и ее имитационную компьютерную модель.

Методы исследований. Для исследования процессов растворения, гранулообразования, измельчения и классификации производились активные эксперименты на лабораторных стендовых и промышленных установках. При разработке методики контроля процесса растворения использованы кондуктометрический и потенциометрический методы измерений. Дисперсный состав гранулированного коагулянта определялся ситовым анализом. При обработке экспериментальных данных использованы методы математической статистики. Теоретическое исследование в работе связаны с построением математической модели агломерации и определением вида селективной и распределительной функций агломерации.

Личный вклад автора состоит в организации, проведении и анализе экспериментальных исследований по растворению гранулированного сульфата алюминия; разработке моделей преобразования дисперсных составов и массопотоков в узлах технологических схем производства коагулянта; разработке алгоритмов и программного обеспечения для динамического расчета технологических схем; анализе и обобщении результатов экспериментальных и расчетных исследований.

Внедрение результатов работы осуществлено на водоподготовительных установках ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь» г. Череповец, на ОАО «Вологодская ТЭЦ» г. Вологда и использовано при разработке проекта модернизации технологической линии производства гранулированного сульфата алюминия на ЗАО «Синтез» г. Кострома. Реализация результатов работы подтверждена тремя актами внедрения.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных и международных научно-технических конференциях:

  • Х, ХIII и ХIV Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2004, 2007, 2008 гг.);
  • Региональная студенческая научная конференция «Фундаментальные науки – специалисту нового века» (Иваново, 2004 г.);
  • Региональные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Энергия» (Иваново, 2006, 2008 гг.);
  • Международные научно-технические конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 2006, 2007 гг.);
  • Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы энергетики» (Екатеринбург, 2007 г.);
  • XXII Международная молодежная научно-практическая конференция «Развитие атомной отрасли: время глобальных перемен» (Иваново, 2007 г.);
  • XI Международная научно-инновационная конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов «Полярное сияние 2008» на тему «Ядерное будущее: технологии, безопасность и экология» (Санкт-Петербург, 2008 г.);
  • XV Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2008 г.);
  • III Молодежная международная научная конференция «Тинчуринские чтения» (Казань, 2008 г.);
  • XIX Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, 2008).

Список публикаций. По материалам диссертационной работы опубликовано 23 печатные работы, в том числе 5 статей по списку ВАК, 13 статей в сборниках материалов и 5 тезисов докладов.





Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов, библиографического списка использованной литературы из 175 наименований и 2 приложений. Объем диссертации, включая приложения, составляет 211 страниц машинописного текста. Работа содержит 76 рисунков и 25 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследования, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены особенности существующих способов хранения и технологий подготовки рабочего раствора коагулянта на ТЭС. Этому направлению посвящены работы Б.Н. Фрога, В.Г. Печникова, Л.А. Кульского, В.А. Клячко, О.И. Мартыновой, И.Т. Гороновского, Л.П. Алексеевой, С.Р. Штернера, С.Л. Лузгина и др. Показано, что мокрый способ хранения коагулянта на ВПУ ТЭС целесообразно применять только для неочищенного кускового сульфата алюминия. Для химически очищенного коагулянта предпочтительнее сухое хранение и непрерывный способ подготовки рабочего раствора.

В результате анализа работ А.П. Левченко, В.Л. Драгинского, К.В. Ткачева, А.К. Запольского, С.В. Гетманцева, А.В. Моисеева и А.А. Барана определены достоинства и недостатки различных технологий производства гранулированного сульфата алюминия у отечественных и зарубежных производителей. На основе существующих гранулометрических характеристик коагулянта и нормативной документации, регламентирующей его производство, проанализированы требования к фракционному составу отечественных и импортных производителей коагулянта. Показано несоответствие технологии производства, применения и качества отечественного коагулянта современным требованиям ведущих западных производителей. Устранение этого недостатка возможно при разработке новых технологических схем и режимов работы оборудования.

Вопросам грануляции частиц дисперсного материала посвящены работы П.В. Классена, И.Г. Гришаева, В.И. Коротича, В.Н. Кочеткова, M. Смолуховского, М.Б. Генералова, В.Я. Борщева, З.Н. Рахлина, Е.В. Краснова.

В развитие теории классификации дисперсных сред существенный вклад внесли Е.А. Непомнящий, М.Д. Барский, В.Е. Мизонов, С.Г. Ушаков, С.И. Шувалов, В.П. Жуков, П.В. Олевский, С.Е. Лященко, В.А. Андреев, И.И. Блехман, А.Б. Бекбаев и д.р.

Вопросам преобразования дисперсного состава в измельчителях ударного принципа действия посвящены работы В.Н. Блиничева, П.П. Гуюмджяна, С.П. Бобкова, Л.И Барона, Н.М. Смирнова, Г.А. Маслова, А. Линча и многих других.

На основании поставленной цели и проведенного анализа сформулированы основные задачи исследования.

Во второй главе содержится описание экспериментов по исследованию кинетики растворения гранулированного сульфата алюминия, оценка предельного размера гранул коагулянта для компактных ВПУ ТЭС и методика определения массовой доли сульфата алюминия в рабочем растворе.

На экспериментальной установке, схема которой представлена на рис. 1, исследовалось влияние на технологически обоснованных уровнях воздействия размера гранул коагулянта, температуры раствора, частоты вращения лопастей мешалки и массовой доли реагента в растворе на время полного растворения гранул.

В результате статистической обработки результатов экспериментальных исследований подобраны и идентифицированы аналитические выражения по воздействию каждого фактора на время растворения. Коэффициенты в аналитических выражениях получены методом минимизации суммы квадратов отклонений экспериментальных и расчетных данных. Сопоставление результатов экспериментов с полученными регрессионными зависимостями представлено на рис. 2 и 3.

В компактных установках по подготовке раствора коагулянта время полного растворения коагулянта не должно превышать 10-15 мин.

Согласно полученным данным по кинетике растворения максимальный размер частиц коагулянта, удовлетворяющий этому условию, равен 5 мм.

Для компактной схемы реагентного узла коагулянта ТЭС с непрерывной подготовкой раствора при номинальной производительности ВПУ 400 м3/ч, размере гранул сульфата алюминия 5 мм и дозе реагента 111 г/м3 минимальный размер растворно-расходных баков составляет 78 дм3 (рис.4). Минимальный размер буферного отсека при периодической подготовке раствора 250 дм3, при этом объем баков мерников равен 13 м3.

В данном случае площадь под склад коагулянта при переходе на гранулированный реагент и сухой способ хранения по сравнению с традиционной схемой сокращается на 92 % (с 78 до 6 м2), а размер растворно-расходных баков снижается на 87 % (с 200 до 26,2 м3).

Для контроля процесса растворения коагулянта предложена методика, основанная на кондуктометрическом методе анализа, а также показана неэффективность используемого для этой цели и основанного на измерении pH потенциометрического метода. Для расчета массовой доли коагулянта в растворе получена регрессионная зависимость между удельной электропроводностью t [мСм/см], массовой долей 18-водного сульфата алюминия m [г/кг] и температурой t [оС] раствора:

. (1)

Средняя величина относительного расхождения экспериментальных и расчетных данных для формулы (1) составляет 0,61 %.

Для оценки применимости предложенной методики в промышленных условиях проведена серия дублирующих опытов (рис. 5). В этих опытах в качестве растворителя использовались дистиллят и водопроводная вода г. Иваново, которая по показателям качества соответствует осветленной воде ТЭС.

Для оперативной оценки массовой доли коагулянта в растворе по (1) составлена номограмма (рис. 6), на которой показан пример определения массовой доли сульфата алюминия при температуре раствора 30 оС и удельной электропроводности 22,5 мСм/см.

Результаты оценки объемов растворно-расходных баков на основе полученных данных по кинетике растворения использованы при разработке проектов компактных схем и реагентных узлов коагулянтов для ВПУ ТЭЦ-ПВС ОАО «Северсталь» и «Вологодской ТЭЦ». На этих же объектах принята к использованию методика контроля растворения коагулянта на основе кондуктометрического метода.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.