name: Научно-техническое обеспечение эффективности сепарационных устройств, выносных солевых отсеков и циркуляционных контуров барабанных котлов ТЭС
keyword_list: математическое моделирование физико-химических процессов в барабане гидравлический, солевой и температурный режимы; внутрикотловые устройства; циркуляционные контуры; выносные солевые отсеки; сепарационные устройства барабанов; ступенчатое испарение; котлы утилизаторы парогазовых установок; паровые барабанные котлы; тепловые электрические станции;
abstract: Актуальность диссертационного исследования научно-технического обеспечения эффективности сепарационных устройств, выносных солевых отсеков и циркуляционных контуров барабанных котлов ТЭС определяется перспективами развития теплоэнергетики, занимающей лидирующие позиции в сфере производства электроэнергии и тепла в Российской Федерации. По оценкам ученых, 68% установленных электрических мощностей приходится на ТЭС. Самыми распространенными являются барабанные котлы. В целях повышения надежности и эффективности работы барабанных котлов ТЭС требуется специальное комплексное исследование гидравлического, температурного и солевого режимов в циркуляционных контурах, барабанах, различных конструкциях выносных солевых отсеков и использование этих результатов при проектировании и эксплуатации котлов.
  Теоретический анализ специальной литературы свидетельствует о том, что значительное количество исследований внутрикотловых устройств, выполненных отечественными учеными, было проведено без учета влияния гидравлических режимов на солевой режим в этих устройствах, что не позволяет достаточно полно выявить особенности процессов, протекающих в том или ином устройстве или контуре. Комплексные исследования гидравлического и солевого режимов в сепарационных устройствах барабанов и выносных солевых отсеков, кроме того, выполненные на промышленных котлах, позволяет установить более полную физико-химическую картину в том или ином устройстве, выявить более полную физико-химическую картину в том или ином устройстве и выявить на этой основе ряд новых закономерностей и моделей процессов. 
  Цель и задачи исследования заключаются в создании научных и методических основ процессов во внутрикотловых устройствах путем комплексного исследования гидравлических и теплохимических режимов, разработке методик расчета, моделей процессов, рекомендаций и технических решений по повышению надежной и эффективной работы сепарационных устройств барабанов, выносных солевых отсеков и циркуляционных контуров паровых котлов ТЭС.
  В диссертации использованы основные теоретические положения гидравлики, тепломассообмена в двухфазных средах, физической химии, уравнения материального, солевого и теплового балансов. Численное моделирование задач гидравлики и тепломассообмена выполнялось средствами программного комплекса ANSYS Fluent. В исследовании применялись нестандартные методы измерения скоростей и температур в циркуляционных контурах паровых котлов. Использовались также безынерционные датчики перепада давления, которые позволяли измерять пульсации скоростей, расходов и др.
  Научная новизна, основные результаты и выводы диссертационного исследования: 1) Разработаны научно-технические основы обеспечения эффективности и надежности работы циркуляционных контуров, ступенчатого испарения. сепарационных устройств барабанов и выносных солевых отсеков котлов ТЭС с использованием новых методик, моделей и представлений, позволившие углубить понимание закономерностей гидравлических и физико-химических процессов, протекающих во внутрикотловых устройствах.  На этой основе разработаны рекомендации и технические решения по повышению надежности топочных испарительных поверхностей нагрева барабанных котлов, в том числе с выносными солевыми отсеками и двумя парами циклонов на сторону котла. Обоснована эффективная сепарационная схема без применения барботажно-промывочных устройств для барабанных котлов и котлов утилизаторов ПГУ. Уточнены целесообразность применения линий солевого выравнивания (ЛСВ) между солевыми отсеками и разработаны рекомендации по применению линий солевой кратности (ЛСК). 2) По результатам экспериментальных исследований и численного моделирования физических процессов в водяном объеме барабана впервые установлено, что решающее влияние на распределение концентрации солей в барабанах оказывают потоки из циркуляционных контуров при незначительном влиянии 
  турбулентной диффузии, показано что при турбулентном режиме течения в исследуемых барабанах, при Reб = 7,3÷13,0·104 и небольших продольных скоростях воды равных 0,84÷1,7 см/с, скорость турбулентной диффузии солей меньше этих скоростей, вследствие чего уменьшение (или увеличение) концентрации солей против продольного течения воды в барабане не происходит. 3) разработана и экспериментально проверена методика расчета схем ступенчатого испарения для двухсторонних солевых отсеков при перебросах из одного из них котловой воды в чистый отсек по пароперепускным окнам (трубам), ЛСК и опускным трубам, при солевых перекосах по длине барабана, позволившая выявить несоответствие в распределении концентрации солей в ступенях испарения с существующими методиками. Применение этой методики позволило углубить понимание гидравлических и теплохимических процессов в схемах ступенчатого испарения и, тем самым повысить надежность эксплуатации внутрикотловых устройств за счет улучшения водного режима. 4) На базе комплексных исследований гидравлического и солевого режима и статистической обработки пульсирующих циркуляционных характеристик, разработана модель распределения концентрации солей в выносных солевых отсеков с двумя циклонами на сторону котла, замкнутых каждый на одну экранную поверхность нагрева. Показано, что в контуре ближнего циклона за счет переброса котловой воды (КВ) из дальнего циклона, вызванного пульсацией расходов в экранных трубах, концентрация солей приблизительно в два раза выше, чем была бы, во второй ступени при трехступенчатой схеме испарения, а в контуре дальнего циклона концентрация приблизительно в три раза выше, чем в ближнем циклоне. Использование научно-обоснованных закономерностей модели распределения концентрации солей в солевом отсеке позволило объяснить и устранить причины повреждений испарительных труб в энергетических котлах многих типов. 5) Разработана уточненная методика расчета линий солевого выравнивания (ЛСВ), которая раскрыла несоответствие в обосновании применения ЛСВ в существующей методике с условиями естественной циркуляции в двусторонних солевых отсеков при перекосах по теплу между их панелями и показывающая, что эти линии при перекосах по теплу между панелями солевых отсеков не приводят к снижению солевых перекосов. Достоверность разработанной методики расчета подтверждена экспериментально на котле ТГ-104. Показано, что ЛСВ не устраняют солевые перекосы между отсеками. 6). Анализ различных схем включения линий солевой кратности (ЛСК) 
  между солевыми и чистыми отсеками показал недостаточную в большинстве случаев эффективности этих линий. Выполненные в диссертации исследования ЛСК позволили уточнить методику их расчета, оптимизировать место включения в циркуляционные контуры котла и тем самым повысить их эффективность. 7). Исследования сепарационных устройств и выполненные расчеты котлов высокого давления с барботажно-промывочными устройствами показали, что при нормативном качестве питательной воды целесообразность применения БПУ необязательна для котлов с Рб = 15,2 МПа и соблюдении норм 
  ПТЭ по SiO2 в ПВ и непрерывной продувке ≥ 0,5 %. 8). Научно обоснована и разработана эффективная внутрикотловая схема для барабана высокого давления КУ ПК-85. В его водяном объеме без применения перегородок, впервые организована зона наивысших концентраций солей, из которой и выполняется продувка. Отсутствие барботажно-промывочных устройств увеличивает высоту парового объема барабана на 270 мм, а паровую высоту циклонов на 100 мм. Испытания такой сепарационной схемы показали, что качество пара по SiO2 обеспечивается даже при превышении норм в котловой воде в два раза, то есть до 400 мкг/дм3, а качество пара по натрию (Na) обеспечивается при превышении норм в питательной воде даже в четыре раза, то есть до 200 мкг/дм3.
chairman_dissertation_council.name: Анатолий
chairman_dissertation_council.surname: Тумановский
chairman_dissertation_council.patronymic: Григорьевич
chairman_dissertation_council.position: Первый заместитель научного руководителя
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Старший научный сотрудник
chairman_dissertation_council.wos_research_id: ABC-9482-2021
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 7003827409; 57212942033
chairman_dissertation_council.rinc_id: 173875
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0001-5491-0892
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Вячеслав
organization_supervisor.surname: Мартынов
organization_supervisor.patronymic: Владимирович
organization_supervisor.position: Заместитель генерального директора по оперативным вопросам
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 44.31.35
rubrics.name: Промышленная теплоэнергетика и теплотехника
oecds.code: 02.02.IQ
oecds.name: ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC
speciality_codes.name: Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты
speciality_codes.code: 05.14.14
opponents.fio: Григорьев К.А.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Ледуховский Г.В.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Чичирова Н.Д.
opponents.scientific_degree: Доктор химических наук
opponents.speciality_code: Физическая химия
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ОАО "ВТИ"
protection_organization.name: Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт"
protection_organization.ogrn: 1027700158485
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Приватизированные предприятия
protection_organization.okopf: Публичные акционерные общества
author_organization.short_name: ОАО "ВТИ"
author_organization.name: ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "ВСЕРОССИЙСКИЙ ДВАЖДЫ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ"
author_organization.ogrn: 1027700158485
author_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
author_organization.supervisor_surname: ПАНФИЛОВ
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Приватизированные предприятия
author_organization.okopf: Публичные акционерные общества