Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам
Рассмотрены термодинамические процессы в части низкого давления паровых турбин. Показано, что использование электрофизических технологий позволяет увеличивать эффективность турбоустановки на 0,4—0,7 % за счет уменьшения потерь энергии, вызванных электризацией влажного пара и переохлаждением пара в...
Збережено в:
| Дата: | 2008 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14826 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам / А.А. Тарелин, В.П. Скляров, Н.В. Сурду // Наука та інновації. — 2008. — Т. 4, № 6. — С. 26-30. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859712999143505920 |
|---|---|
| author | Тарелин, А.А. Скляров, В.П. Сурду, Н.В. |
| author_facet | Тарелин, А.А. Скляров, В.П. Сурду, Н.В. |
| citation_txt | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам / А.А. Тарелин, В.П. Скляров, Н.В. Сурду // Наука та інновації. — 2008. — Т. 4, № 6. — С. 26-30. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Рассмотрены термодинамические процессы в части низкого давления паровых турбин. Показано, что использование
электрофизических технологий позволяет увеличивать эффективность турбоустановки на 0,4—0,7 % за счет уменьшения
потерь энергии, вызванных электризацией влажного пара и переохлаждением пара в зоне фазового перехода. Приведено описание магнитно-вихревого гидрогазодинамического активатора, применение которого предотвращает отложение
накипи на поверхностях теплообменных аппаратов.
Розглянуто термодинамічні процеси у частині низького тиску парових турбін. Показано, що використання
електрофізичних технологій дозволяє збільшити ефективність турбоустановки на 0,4–0,7 % за рахунок зменшення втрат енергії, викликаних електризацією вологої
пари та переохолодженням пари у зоні фазового переходу. Наведено опис магнітно-вихрового гідрогазодинамічного активатора, застосування якого дає змогу запобігти відкладенню накипу на поверхнях теплообмінних
апаратів.
Thermodynamic processes in the low-pressure part of steam turbines are considered. It was shown that using electrophysical technologies increases the turbine installation efficiency by 0,4—0,7 % due to reducing energy losses caused by electrization of wet steam and steam supercooling in the phase transition zone. A magnetic-vortex hydro gas dynamic activator is described. Its usage prevents scale formation on the surfaces of heat exchange apparatus. Key words: Steam turbine, steam electrisation, supercooling, condensation nuclei, TPPs, power plant efficiency, magnetic treatment, scale removal.
|
| first_indexed | 2025-12-01T06:40:16Z |
| format | Article |
| fulltext |
Институтом проблем машиностроения
(ИПМаш) им. А.Н. Подгорного НАН Украи�
ны выполнены исследования [1, 2] по изуче�
нию явлений, возникающих в части низкого
давления (ЧНД) паровых турбин. В результа�
те исследований, выполненных совместно с
учеными России и США [3], установлено:
влажный пар на выхлопе турбины всегда
заряжен, причем плотность объемного за�
ряда в зависимости от химического состава
питательной воды и влажности изменяется
от 10–6 до 10–3 Кл/м3;
естественная электризация оказывает замет�
ное влияние на тепло�массообменные про�
цессы во влажно�паровых ступенях [4];
переохлаждение пара, возникающее в про�
точной части, сохраняется вплоть до выхо�
да из последней ступени, где может дости�
гать 10—15 °С [5, 6].
Проведенные комплексные теоретические
и экспериментальные исследования показали,
что рациональное управление этими процес�
сами позволяет существенно (на 0,4–0,7 %)
повысить эффективность и надежность рабо�
ты турбин.
На рис. 1 в качестве примера показана схе�
ма проточной части цилиндра низкого давле�
ния (ЦНД) турбины К�300�240 ХТГЗ. При
работе турбины в расчетном режиме на вход в
ЦНД поступает перегретый пар. После дости�
жения состояния насыщения из�за дефицита
зародышей (ядер) конденсации дальнейшее
расширение пара происходит с переохлажде�
нием [7]. В третьей ступени переохлаждение
достигает критического значения 30—35 °С, в
результате чего возникает конденсационная
нестационарность [8]. При этом на третьей
ступени возникают пульсации давления с
частотой 0,5—2 кГц. После выпадения первич�
ной влаги в паровом потоке начинается процесс
электризации. По мере увеличения влажности
плотность зарядов возрастает с 10–8 Кл/м3 в
начале зоны фазового перехода до 10–3 Кл/м3 за
последней ступенью.
Неравновесное расширение пара и связан�
ные с ним явления увеличивают термодина�
мические потери и снижают мощность турби�
ны на 0,3—0,5 %. Известно, что скачки давле�
26
Наука та інновації. 2008. Т 4. № 6. С. 26–30.
А.А. Тарелин, В.П. Скляров, Н.В. Сурду
Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, Харьков
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ТЕПЛОВЫМ ЭНЕРГОУСТАНОВКАМ
© А.А. ТАРЕЛИН, В.П. СКЛЯРОВ, Н.В. СУРДУ, 2008
Рассмотрены термодинамические процессы в части низкого давления паровых турбин. Показано, что использование
электрофизических технологий позволяет увеличивать эффективность турбоустановки на 0,4—0,7 % за счет уменьшения
потерь энергии, вызванных электризацией влажного пара и переохлаждением пара в зоне фазового перехода. Приведе"
но описание магнитно"вихревого гидрогазодинамического активатора, применение которого предотвращает отложение
накипи на поверхностях теплообменных аппаратов.
К л ю ч е в ы е с л о в а: паровая турбина, электризация пара, переохлаждение, зародыши конденсации, ТЭС, КПД стан"
ции, магнитная обработка, удаление накипи.
ния в зоне фазового перехода могут приводить
к разрушению элементов проточной части
турбины. Для устранения вредных последст�
вий, вызванных неравновесным расширением
пара, необходимо в паровом потоке перед зо�
ной фазового перехода создать избыток искус�
ственных ядер конденсации [9, 10]. Создание
искусственных ядер конденсации позволяет
приблизить процесс расширения к равновес�
ному и уменьшить термодинамические поте�
ри. Уменьшение потерь от переохлаждения
позволит увеличить мощность действующих
турбоагрегатов не менее чем на 0,3 %. При
этом существенно снизится вибрация лопаток
в зоне конденсационной нестационарности.
Иллюстрация процесса конденсации водяного
пара на искусственных зародышах приведена
на рис. 2. Из рис. 2 видно, что при истечении
водяного пара в атмосферу наличие искусст�
венных зародышей конденсации приводит к
образованию плотного тумана.
При естественном истечении водяного пара
в атмосферу из�за дефицита естественных за�
родышей происходит задержка конденсации.
Высоковольтный разряд, как в насыщенном,
так и в перегретом водяном паре приводит к
образованию устойчивых зародышей конден�
сации. При охлаждении пара до температуры
насыщения на искусственных зародышах
происходит гетерогенная конденсация. Про�
цессы, происходящие в зоне влажного пара
ЦНД, существенно влияют на эффективность
работы турбоустановки не только в номи�
нальном, но и в нерасчетных режимах. Поско�
льку в условиях энергорынка турбоустановки
на ТЭС Украины значительную часть време�
ни работают в нерасчетных режимах [11], рас�
смотрим этот вопрос подробнее. Уменьшение
мощности нагрузки сопровождается умень�
шением расхода пара через ЦНД, в результате
чего зона фазового перехода смещается по по�
току, а влажность на выхлопе турбины умень�
шается. В нерасчетных режимах влажность
пара за последней ступенью может снижаться
от номинального значения до нуля, в резуль�
тате чего энтальпия пара в конденсаторе воз�
Науково%технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Наука та інновації. № 6, 2008 27
Рис. 1. Течение пара в ЦНД в номинальном режиме
растает на 20—180 кДж/кг. При работе в та�
ких режимах тепло, расходуемое на промежу�
точный перегрев пара, расходуется неэффек�
тивно, что ведет к уменьшению термического
КПД станции. Выполненные исследования
показали, что при работе в нерасчетных режи�
мах принятая температура промежуточного
перегрева является завышенной. Снижение
температуры промежуточного перегрева до
оптимального значения приводит к смеще�
нию зоны фазового перехода навстречу пото�
ку, к уменьшению количества тепла, сбрасы�
Науково%технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Наука та інновації. № 6, 200828
Рис. 2. Истечение струи водяного пара в атмосферу: а —
без искусственных ядер конденсации; б — при наличии
искусственных ядер конденсации
Рис. 4. Принципиальная схема активатора
Рис. 5. Активаторы: а — производительность 1 200 м3/ч;
б — производительность до 200 м3/ч
ваемого в конденсатор и к экономии топлива
на 0,6—1 % [12]. При этом влажность пара на
выхлопе турбины не превышает расчетного
значения.
Наличие объемного заряда с большой плот�
ностью увеличивает давление за последней
ступенью турбины на 100—200 Па, что сни�
жает мощность последней ступени турбины и
увеличивает потери в выхлопном патрубке.
Нейтрализация объемного заряда позволяет
увеличить мощность турбины на 0,15—0,2 %.
На рис. 3 (см. цветную вклейку) показан раз�
работанный в ИПМаш НАН Украины нейт�
рализатор объемного заряда. Нейтрализатор
прошел испытания на турбине Т250/300�240
(ТЭЦ�5, г. Харьков) и на турбине 400 МВт
(станция Конесвиль, США). Использование
такого нейтрализатора позволяет устранить
негативные последствия, связанные с естест�
венной электризацией влажного пара на вых�
лопе турбины, и увеличить вырабатываемую
мощность [13]. Очень важно, что разработан�
ная технология может быть реализована сила�
ми станции при незначительных затратах.
В ИПМаш НАН Украины проводятся также
исследования в области магнитных техноло�
гий. В институте созданы промышленные об�
разцы магнитно�вихревых гидродинамических
активаторов (МВГДА) [14]. С их помощью
обеспечивается структурная трансформация
жидкостей, что влияет на ее физико�химичес�
кие свойства. На рис. 4 представлена принци�
пиальная схема активатора. Для даной конст�
рукции МВГДА определены оптимальные со�
отношения магнитной индукции, объемного
расхода и размеров проточной части, что поз�
воляет стабильно и надежно работать актива�
торам в широком диапазоне расходов и темпе�
ратур (объемный расход до 10 000 м3/ч и до
температуры размагничивания — точки Кюри,
для данного типа магнитов ниодим—железо—
бор — 125 °С; самарий—кобальт — 300 °С)
На рис. 5 представлены активаторы на раз�
личную производительность, производство
которых освоено на ОП ИПМаш НАНУ.
Широко МВГДА используются в системах
отопления и горячего водоснабжения для без�
реагентного предотвращения и удаления наки�
пи. Известно [15], что при нагревании воды, не
прошедшей магнитную обработку, растворен�
ные в ней соли отлагаются на поверхностях
преимущественно в виде кальцита, а после
обработки — в виде арагонита, который выпа�
дает во всем объеме в виде нерастворимого
шлама и удаляется через шламосборники.
Кроме того, происходит разрушение и вымы�
вание старой накипи, которая длительное вре�
мя отлагалась в термоперегруженных застой�
ных зонах теплообменных поверхностей. При
этом за счет образования магнетита проис�
ходит пассивация теплообменных поверхнос�
тей и снижение интенсивности коррозионных
процессов (см. рис. 6 на цветной вклейке).
Отметим, что технологию магнитной обра�
ботки особенно целесообразно использовать
на небольших котельных, теплопунктах и
ТРС, где по штату нет специалистов химиков,
а вода имеет высокие показатели по жесткос�
ти. В настоящее время на Змиевской ГРЭС в
химцехе ведутся работы по оснащению освет�
лителей магнитными активаторами. Первые
испытания дали позитивные результаты по
снижению отложений на поверхностях освет�
лителей и уменьшению расхода извести на
10–15 %. Использование МВГДА при водопод�
готовке на теплоэнергетическом оборудовании
позволит сэкономить 5–10 % топлива [16].
ЛИТЕРАТУРА
1. Электрофизические явления в паровых турбинах /
А.А. Тарелин, В.П. Скляров, О. Верес, Н.В. Сурду //
Пром. теплотехника – 1999. – № 4–5. – С. 98–102.
2. Тарелин А.А. Особенности измерения объемной
плотности зарядов во влажном паровом потоке
турбины / А.А. Тарелин, В.П. Скляров, В.П. Кры�
женко // Проблемы машиностроения. – 2000. – Т. 3,
№ 1—2. – С. 11–16.
3. Определение объемной плотности зарядов в потоке
конденсирующегося пара при различных водно�хи�
мических режимах / В.Н. Семенов, А.Н. Троицкий,
А.А. Тарелин, В.П. Скляров, Б.Р. Дули // Проблемы
машиностроения. – 2001. – Т. 3, № 3–4. – С. 12–22.
Науково%технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Наука та інновації. № 6, 2008 29
4. Скляров В.П. Вплив электризації вологої пари на
процеси конденсації в теплоенергетичних установ�
ках: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.14.06/ Інсти�
тут проблем машинобудування НАН України. – Хар�
ків, 2001. – 18 с.
5. Тарелин А.А. Влияние объемного заряда на величину
переохлаждения парового потока за последней сту�
пенью турбины /А.А. Тарелин, В.П. Скляров, В.П.
Орловский // Пробл. машиностроения. – 2004. – 7, №
1. – С. 4–11.
6. Скляров В.П. Измерение температуры влажного па�
рового потока в паровых турбинах// Пробл. маши�
ностроения. – 2005. – 8, № 3. – С. 8–16.
7. Gyarmathy G. Grundlagen einer Theorie der Nassdamp�
fturbine. – Zurich, 1962. – 264 p.
8. Исследование характеристик влажнопарового потока
в проточных частях турбин / А.А. Добкес, Т.М. Зиль�
бер, Ю.Я. Качуринер, Л.А. Фельдберг// Теплоэнер�
гетика. – 1992. – № 1. – С. 56–60.
9. Пат. 74193 Украины, МКИ6 F01D5/28. Способ уве�
личения КПД паровых турбин / В.П. Скляров, А.А. Та�
релин (Украина). – № 20030103319; Заявлено
14.012.03; Пол. реш. 20.07.2005. Опубл. 15.11.05, Бюл.
№ 11.
10. Patent 7,252,475 В2 US, Int.Cl. F01D25/32. Electrostatic
method and device to increase power output and decrease
erosion in steam turbines / A.O. Tarelin (UA), V.P. Sklia�
rov (UA), O. Weres (US). — № 11 / 034,907;Filed: Jan. 12,
2005; Pub. Date: Aug. 7, 2007. Р. 10.
11. Тарелин А.А. Разработка мероприятий по повыше�
нию эффективности части низкого давления турби�
ны К�300�240 при работе в условиях энергорынка /
А.А. Тарелин, В.П. Скляров // Наука та інновації. –
2007. – Т. 3, № 3. – С. 30–35.
12. Тарелин А.А. Влияние температуры промперегрева
на мощность турбоагрегата Т250/300�240 // А.А. Та�
релин, В.П. Скляров, Г.К. Вороновский, Т.И. Шведо�
ва, А.В. Медведовский, А.Ю. Козлоков // Пробл. ма�
шиностроения. – 2007. – Т. 10, № 2. – С. 5–8.
13. Результаты испытаний нейтрализатора объемного за�
ряда за последней ступенью паровой турбины / А.А. Та�
релин, В.П. Скляров, Г.К. Вороновский, А.Ю. Козло�
ков // Пробл. машиностроения. – 2006. – Т. 9, № 1. –
С. 19–24.
14. Патент №7082 України, МКИ С02F1/48. Прист�
рій для магнітної обробки рідини / Є.Ф. Лук’янов,
М.В. Сурду, М.М. Шошин, В.С. Прохорчук, А.В. Не�
чаєв, О.Є. Хінєвіч (Україна). – № 20040706074;
Заявл. 21.07.2004; Опубл. 15.06.2005, Бюл. № 6,
2005 р. – 5 с.
15. Классен В.И. Омагничевание водных систем. – М.:
Химия, 1978. – 296 с.
16. Экологически чистая технология обработки воды /
Н.В. Сурду, А.В. Нечаев, А.Е. Хиневич и др. // "Биз�
нес�мост": Междунар. информ.�техн. журнал. — Ха�
рьков. — 2004. — № 6—7. — С. 70—73.
А.О. Тарелін, В.П. Скляров, М.В. Сурду
ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ТЕХНОЛОГІЇ СТОСОВНО
ДО ТЕПЛОВИХ ЕНЕРГОУСТАНОВОК
Розглянуто термодинамічні процеси у частині низь�
кого тиску парових турбін. Показано, що використання
електрофізичних технологій дозволяє збільшити ефек�
тивність турбоустановки на 0,4–0,7 % за рахунок змен�
шення втрат енергії, викликаних електризацією вологої
пари та переохолодженням пари у зоні фазового перехо�
ду. Наведено опис магнітно�вихрового гідрогазодина�
мічного активатора, застосування якого дає змогу запо�
бігти відкладенню накипу на поверхнях теплообмінних
апаратів.
К л ю ч о в і с л о в а: парова турбіна, електризація па�
ри, переохолодження, зародок конденсації, ТЕС, ККД
станції, магнітна обробка, видалення накипу.
A.A. Tarelin, V.P. Skliarov, N.V. Surdu
ELECTROPHYSICAL TECHNOLOGIES
FOR HEAT POWER INSTALLATIONS
Thermodynamic processes in the low�pressure part of
steam turbines are considered. It was shown that using elec�
trophysical technologies increases the turbine installation
efficiency by 0,4—0,7 % due to reducing energy losses cau�
sed by electrization of wet steam and steam supercooling in
the phase transition zone. A magnetic�vortex hydro gas dy�
namic activator is described. Its usage prevents scale forma�
tion on the surfaces of heat exchange apparatus.
K e y w o r d s: Steam turbine, steam electrisation, super�
cooling, condensation nuclei, TPPs, power plant efficiency,
magnetic treatment, scale removal.
Надійшла до редакції 18.03.08.
Науково%технічні інноваційні проекти Національної академії наук України
Наука та інновації. № 6, 200830
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-14826 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1815-2066 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T06:40:16Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Тарелин, А.А. Скляров, В.П. Сурду, Н.В. 2010-12-29T10:51:27Z 2010-12-29T10:51:27Z 2008 Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам / А.А. Тарелин, В.П. Скляров, Н.В. Сурду // Наука та інновації. — 2008. — Т. 4, № 6. — С. 26-30. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1815-2066 DOI: doi.org/10.15407/scin4.06.026 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14826 Рассмотрены термодинамические процессы в части низкого давления паровых турбин. Показано, что использование электрофизических технологий позволяет увеличивать эффективность турбоустановки на 0,4—0,7 % за счет уменьшения потерь энергии, вызванных электризацией влажного пара и переохлаждением пара в зоне фазового перехода. Приведено описание магнитно-вихревого гидрогазодинамического активатора, применение которого предотвращает отложение накипи на поверхностях теплообменных аппаратов. Розглянуто термодинамічні процеси у частині низького тиску парових турбін. Показано, що використання електрофізичних технологій дозволяє збільшити ефективність турбоустановки на 0,4–0,7 % за рахунок зменшення втрат енергії, викликаних електризацією вологої пари та переохолодженням пари у зоні фазового переходу. Наведено опис магнітно-вихрового гідрогазодинамічного активатора, застосування якого дає змогу запобігти відкладенню накипу на поверхнях теплообмінних апаратів. Thermodynamic processes in the low-pressure part of steam turbines are considered. It was shown that using electrophysical technologies increases the turbine installation efficiency by 0,4—0,7 % due to reducing energy losses caused by electrization of wet steam and steam supercooling in the phase transition zone. A magnetic-vortex hydro gas dynamic activator is described. Its usage prevents scale formation on the surfaces of heat exchange apparatus. Key words: Steam turbine, steam electrisation, supercooling, condensation nuclei, TPPs, power plant efficiency, magnetic treatment, scale removal. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам Електрофізичні технології стосовно до теплових енергоустановок Electrophysical Technologies for Heat Power Installations Article published earlier |
| spellingShingle | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам Тарелин, А.А. Скляров, В.П. Сурду, Н.В. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| title | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам |
| title_alt | Електрофізичні технології стосовно до теплових енергоустановок Electrophysical Technologies for Heat Power Installations |
| title_full | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам |
| title_fullStr | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам |
| title_full_unstemmed | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам |
| title_short | Электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам |
| title_sort | электрофизические технологии применительно к тепловым энергоустановкам |
| topic | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| topic_facet | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/14826 |
| work_keys_str_mv | AT tarelinaa élektrofizičeskietehnologiiprimenitelʹnokteplovyménergoustanovkam AT sklârovvp élektrofizičeskietehnologiiprimenitelʹnokteplovyménergoustanovkam AT surdunv élektrofizičeskietehnologiiprimenitelʹnokteplovyménergoustanovkam AT tarelinaa elektrofízičnítehnologíístosovnodoteplovihenergoustanovok AT sklârovvp elektrofízičnítehnologíístosovnodoteplovihenergoustanovok AT surdunv elektrofízičnítehnologíístosovnodoteplovihenergoustanovok AT tarelinaa electrophysicaltechnologiesforheatpowerinstallations AT sklârovvp electrophysicaltechnologiesforheatpowerinstallations AT surdunv electrophysicaltechnologiesforheatpowerinstallations |