Разработка и применение тепло-масообменного устройства градирен на основе перфорированных модулей "Насадка ИК-100"

Публикация из СМИ

Конструкция перфорированных модулей "насадка ИК-100" — единственная конструкция в РФ, технические условия которой утверждены департаментом науки и техники РАО ЕЭС России для повышения эффективности градирен тепловых электростанций.

Работа НПО «ИРВИК» направлена на обеспечение энергетической и экологической безопасности Российской Федерации, снижение себестоимости производства электрической энергии, вырабатываемой на тепловых электрических станциях (далее - ТЭС), снижение себестоимости продукции промышленного производства, формирование и интенсификацию технологических процессов тепло-массообмена, протекающих в градирнях ТЭС и промышленных предприятий.

Одним из наших достижений является создание тепло-массообменного устройства (ТМУ) градирен на основе перфорированных модулей (ПМ) «насадка ИК-100».

Перфорированные модули (ПМ) из пластмассы на основе полимеров представ-ляют собой конструкцию, обладающую уникальными физико-химическими, проч-ностными и механическими свойствами.

Конструктивные особенности ПМ, природа и молекулярная масса полимеров, степень их разветвленности определяют необходимые физико-механические характе-ристики и минимальную их материалоемкость.

Отсутствие эффективных технологи-ческих процессов тепло-массообмена, осу-ществляемых при охлаждении технологичес-кой воды в искусственных гидроохладителях, является основной из причин увеличения себестоимости производимой электрической энергии и фактором влияющим на снижение конкуренто-способности секторов экономики Российской Федерации.

ПМ изготавливается на современных, высокотехнологичных термопластавтоматах методом литья под давлением, который является одним из самых прогрессивных методов переработки пластических масс в изделия.

Впервые в России создано промышленное производство многоцелевых перфорированных модулей межотраслевого применения из пластмассы на основе полимеров, технология которого на всех стадиях осуществлена.

Производство многоцелевых ПМ типа «насадка ИК 100», межотраслевого применения из пластмассы на основе полимеров создано и освоено на отечественной сырьевой базе и годовым объемом выпуска ПМ «насадка ИК-100» до 2,0 млн. штук.

Технологический процесс изготовления ПМ в промышленном масштабе впервые реали-зован в 1996 г.

Выпуск перфорированных модулей позволил решить комплексную задачу по интенсификации тепло-массообмена, в частности, в градирнях электростанций и отказаться от применения неэффективных дорогостоящих устройств аналогичного назначения. Потребляемые объемы ПМ будут ежегодно увеличиваться в среднем на 1,5-2,0 млн. штук.

Уровень эффективности созданных перфорированных модулей послужил основой для развития конструирования ПМ и технологий их изготовления для широкого спектра их использования.

В результате анализа эксплуатации различных ТМУ при разработке новой конструкции получены основные практические достижения:

1. Созданы научные основы производства многоцелевых перфорированных модулей из пластмассы на основе полимеров.

2. Комплексно решена проблема создания промышленного производства устройств тепло-массообмена и снижения капельного уноса в градирнях на основе многоцелевых ПМ из пластмассы на основе полимеров, типа «насадка ИК 100».

3. Разработан и реализован новый технологический процесс тепло-массообмена и водоулавливания в градирнях путем размещения в них многоцелевых перфорированных модулей (ПМ), типа «насадка ИК 100».

4. Разработана технология межотраслевого использования многоцелевых ПМ и показана их эффективность, например, на 57 градирнях общей площадью 91,2 тыс. м .

5. Организация производства перфорированных модулей типа «насадка ИК-100» внесла вклад в развитие следующих отраслей промышленности: энергетики, металлургии, химии, нефтехимии, строительства, сельского хозяйства.

Перфорированные модули тепло-массообменных устройств градирен типа «насадка ИК-100» изготавливаются методом литья под давлением. Развитие данного способа изготовления потребовало решения ряда проблем накладывающих ограничения на получение изделия, так как толщина его стенок относительно габаритов изделия мала, а путь течения расплава полимера большой. Для этого был решен ряд сложных задач:

1. Подобрана рецептура высокотехнологичного материала, красителей и добавок, обеспечивающих необходимые требования.

2. Разработана математическая модель, по которой изготов-лена прессформа для получения ПМ, имеющая специальную систему горячеканального литья и надежную систему охлаждения.

3. Разработана автоматическая система управления техно-логическим производством с высокоточным периферийным оборудованием, удовлетворяющая повышенным требованиям по производительности, скорости заполнения формы и давлению.

Полимерное сырье при литье под давлением при температурном воздействии в материальном цилиндре узла пластикации доводится до вязкотекучего состояния, а затем посредством шнека подается в формующую полость литьевой формы. В процессе выдержки под давлением в полости литьевой формы расплав застывает и после охлаждения извлекается в виде готового изделия.

В таблице приведены сравнительные данные по потреблению ПМ по отраслям экономики Российской Федерации за 2000-2005 гг.

 Тип оросителя     Высота оросителя h, м      Температура охлажденной воды tрасч0С
     БЭЛ-60 УГ-ПЦ/0,75, сетчатый      0,75      31,6 0С
     БЭЛ-70 УГ-Ц/0,75, сетчатый      0,75      33,7 0С
     БЭЛ-70 УГ-ПЦ/0,75, сетчатый      0,75      31,5 0С
     Призма ПР-50, сетчатый      1,0      31,4 0С
     Бальке-Дюрр, решетчатый      1,35      31,9 0С
     Асбошифер      2,4      31,1 0С
     ИК-100, решетчатый      1,2      28,9 0С
     ИК-100, решетчатый      1,6      28,2 0С
     ОДГ 60/40, пленка ПВХ      1,4      32,3 0С
     ТПВВ, пленка ПВХ      1,4      32,3 0С

За 1996-2005 гг. произведено 9,0 миллионов штук ПМ из пластмассы на основе полимеров «насадка ИК-100».

В последние годы наметилась устойчивая тенденция увеличения объемов потребления ПМ, как в традиционных отраслях экономики, так и увеличение количества отраслей, которые впервые начинают использовать ПМ для своих нужд.

 Отрасль - потребления     2000 г.      2005 г.      Прирост 2005 г. к 2000 г. в % 
     Энергетика      218,4      243,75      1,12
     Химическая промышленность      0,1      304,02      3040,2 
     Нефтехимическая промышленность      16,5      83,96       5,09 
     Черная и цветная металлургия       131,6       674,43       5,12 
     ИТОГО      366,6       1306,16       3,56 

ПМ используются, в частности, в градирнях

ОАО «Мосэнерго» (ТЭЦ-21 и ТЭЦ-11), ОАО «Пермэнерго» (ТЭЦ-14,

ТЭЦ-9), ЗАО «Рязанская нефтеперерабатывающая компания»,

ЗАО «Русская металлургическая компания», ОАО «СУАЛ» (Уральский алюминиевый завод) и др.

Выпуск ПМ «насадка ИК-100» с 1996 года позволил сохранить более 93,0 тыс. м древесины, что соответствует площади 1220 га строевого хвойного леса.

Применение ТМУ на основе ПМ «насадка ИК-100» улучшило охлаждающую эффективность градирен в среднем на 5 С, а по сравнению с нормативными значениями на 2-3 С, что соответствует снижению расхода условного топлива при производстве электроэнергии в среднем 1,2-2,0 г/кВт*ч. Для электростанций с установленной мощностью 300-500 МВт средний прирост мощности составляет 15-50 МВт. Например, на Пермской ТЭЦ-14 имеющей ограничение мощности, фактический прирост мощности составил

50 МВт и одновременно снизился расход топлива на 1,0 г/кВт*ч, что соответствует 2117 т.у.т/год. Полномасштабная реализация достигнутых практических результатов обеспечит, например, для электростанций РАО «ЕЭС России» сократить расход топлива на 6200 тысяч т.у.т./год, уменьшить потери воды до 1,5% от общего объема оборотной воды на сумму более 170,0 млн. рублей.

Конструктивные особенности перфорированных модулей обеспечивают увеличение выпуска нефтепродуктов в среднем на 0,3%, кальцинированной соды на 3,4%.

Уникальная конструкция ТМУ на основе ПМ обеспечивает удобство и компактность их складирования, что является важным при транспортировке ПМ на дальние расстояния. Эксплуатационный ресурс тепло-массообменных устройств увеличился более, чем в два раза (устройства, установленные в 1996 году продолжают эффективно работать).

Сравнение тепло-массообменных устройств, выполненных на основе ПМ, типа «насадка ИК-100», размещенных в типовой градирне площадью орошения 1600 м, с существующими отечественными и зарубежными аналогами показана в таблице.

Тип тепломассообменного устройства Транспортный объем, ж/д вагон Материалоемкость, т   Высота оросителя Объемный коэффициент массобменна кг/м3ч Коэффициент аэродинамического сопративления, 1/м
     Деревянное      13      456      2,6      2086      5,83
     Асбошиферное       57      3420       2,4       2359      16,63 
     Тр-44 полимерное трубчатое       26,6       64       1,4       2984      11,41 
     Перфорированный модуль "насадка ИК-100"      5       43,7       0,8       5790       4,81

Создание ТМУ из ПМ открыло новое направление в технологии эффективного охлаждения воды в промышленных объемах, решает многие проблемы экологии и охраны окружающей среды. Материалы изготовливаемых конструкций ТМУ из ПМ экологически чистые, имеют свойство многократного их использования после первичного применения.

Сравнение оросителя ИК-100 с другими вариантами конструкций оросителей по температуре охлаждающенной воды на примере градирен площадью орошения 1520 м.

Расчетные условия:

Максимальная гидравлическая нагрузка W=10500 м /ч;

Температура атмосферного воздуха θ=24,5 С;

Влажность φ=57 %;

Температурный перепад на градирне Δt=10,0 С;

Теплосъем 105 ГКалл.

Из приведенной выше таблицы следует, что наиболее эффективным оросителем является одноярусный ороситель ИК-100 высотой 1,6 м. Температура охлажденной воды составляет 28,2 С для градирни площадью орошения 1520м.