Изучение электропроводности водных растворов электролитов, используемых на теплоэлектростанциях. Математические модели поведения минеральных и органических примесей водного теплоносителя, адаптированные к условиям автоматического химического контроля.
При низкой оригинальности работы "Исследование и математическое моделирование химико-технологических процессов водообработки на теплоэлектростанциях", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Различить отдельные виды нарушений ВХР по показателям основных приборов АХК: кондуктометров и РН-метров, - можно, используя алгоритм расчета концентраций ионных компонентов в питательной, котловой водах и составляющих их потоках. Математические модели (ММ) ионных равновесий в разных технологических потоках водного теплоносителя, изменения этих равновесий в процессах обработки природных вод и коррекционных дозировок реагентов, например аммиака и фосфатов натрия, позволяют контролировать качество теплоносителя, проектировать установки водоподготовки, управлять водно-химическим режимом. В соответствии с формулой специальности 05.14.14 - «Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты», охватывающей вопросы физико-химических процессов, водоиспользования и водных режимов, проблемы обеспечения надежности, безопасности и требуемого рабочего ресурса оборудования ТЭС и т.д., в диссертационном исследовании разработаны математические модели ионных равновесий водного теплоносителя энергоблока и методы их решения, позволяющие по минимальному количеству надежных измерений определять содержание нормируемых примесей (аммиака, ионов натрия, хлоридов, форм диссоциации угольной кислоты) в питательной воде, фосфатов в котловой воде. Разработать и исследовать частные математические модели поведения минеральных и органических примесей водного теплоносителя, адаптированные к условиям автоматического химического контроля с измерением удельной электропроводности и РН для природной, обессоленной, питательной, котловой вод и турбинного конденсата, обеспечивающие количественное определение основных (нормируемых) показателей качества потоков теплоносителя на ТЭС. Разработаны и исследованы частные математические модели поведения минеральных и органических примесей водного теплоносителя, адаптированные к условиям автоматического химического контроля с измерением удельной электропроводности и РН для природной, обессоленной, питательной, котловой вод и турбинного конденсата, обеспечивающие количественное определение основных (нормируемых) показателей качества потоков теплоносителя на ТЭС.В расчетах термодинамических и ионных равновесий этих вод активности ионов могут быть заменены концентрациями. В расчетах термодинамических и ионных равновесий в таких водах необходимо учитывать образование ионных пар, ионную силу раствора и коэффициенты активности ионов. При этом первая ступень обессоливания воды - термическая дистилляция - позволяет получить воду с удельной электропроводностью 5-10 МКСМ/см, а вторая - химическое обессоливание на Н-ОН-ионитных фильтрах - с удельной электропроводностью от 0,1 до 1,0 МКСМ/см. Положение может быть исправлено, и расчет удельной электропроводности по известным концентрациям ионов может выполняться по уравнению (1), если в систему ввести учет реальных размеров ионов, участвующих в переносе электрического тока в растворе, а также степени диссоциации и эффекта образования ионных пар. Исследования подтвердили наличие такой возможности и позволили распространить ее на широкий круг водных растворов электролитов путем записи уравнения эквивалентной электропроводности с учетом относительной динамической вязкости водного раствора в следующем виде: , где (4) где - суммарный фактор торможения движению иона в растворе; - фактор учета размера взаимодействующих ионов, причем а - средний диаметр ионов или расстояние наибольшего сближения ионов в растворе, см (обычно (3-8)?10-8 см); х1 - величина, обратная среднему радиусу ионной атмосферы, см-1.Эти воды имеют весьма определенную физико-химическую характеристику, выражаемую удельной электропроводностью. В качестве измерительной базы для косвенного определения концентраций ионогенных примесей приняты штатные измерения удельной электропроводности прямой и Н-катионированной проб, а также измерение РН, как наиболее достоверные и нормируемые показатели качества водного теплоносителя энергоблоков ТЭС. Дана методика метрологической оценки прямых и косвенных измерений химико-технологических показателей, являющихся исходными данными и выходными характеристиками математических моделей ионных равновесий минеральных и органических примесей водного теплоносителя на ТЭС. Разработана ММ и алгоритм решения обратной задачи - определение концентраций примесей технологических вод ТЭС по измеренной удельной электропроводности и РН, выполнена адаптация этой модели для частных случаев технологии обработки воды на ТЭС. Впервые разработаны обобщенная и отдельные математические модели ионных равновесий водного теплоносителя энергоблока, методы их решения позволяют по минимальному количеству надежных измерений (удельной электропроводности исходной и Н-катионированной проб, показателя РН и температуры пробы) количественно определять содержание нормируемых примесей (аммиака, ионов натрия, хлоридов, форм диссоциации угольной кислоты) в питательной воде, по которым ведется диагностика нарушений ВХР энергоблоков на ТЭС, в том числе потенциально-кислых веществ.
План
2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Вывод
1. Проведенный анализ технологических вод, используемых на ТЭС, позволил классифицировать их по показателю «ионная сила раствора» на три группы. Эти воды имеют весьма определенную физико-химическую характеристику, выражаемую удельной электропроводностью. В качестве измерительной базы для косвенного определения концентраций ионогенных примесей приняты штатные измерения удельной электропроводности прямой и Н-катионированной проб, а также измерение РН, как наиболее достоверные и нормируемые показатели качества водного теплоносителя энергоблоков ТЭС.
2. Разработана установка, обеспечивающая получение и АХК модельных растворов и имитирующая отдельные технологические потоки воды на ТЭС. Дана методика метрологической оценки прямых и косвенных измерений химико-технологических показателей, являющихся исходными данными и выходными характеристиками математических моделей ионных равновесий минеральных и органических примесей водного теплоносителя на ТЭС.
3. Разработана и исследована на модельных растворах математическая модель электропроводности водных растворов электролитов, структурированная по типам технологических водных потоков на ТЭС в диапазоне концентраций от 0 до 1 моль/л и температур от 10 до 50 °С. Для широкого спектра электролитов средние значения отклонения расчетной величины удельной электропроводности лежат в пределах 2 %, что отвечает ошибке приборного измерения.
4. Разработана ММ и алгоритм решения обратной задачи - определение концентраций примесей технологических вод ТЭС по измеренной удельной электропроводности и РН, выполнена адаптация этой модели для частных случаев технологии обработки воды на ТЭС. Расчетные исследования показали возможность использования ММ для автоматизации химического контроля и диагностики состояния ионитных фильтров. Разработано программное обеспечение для расчета удельной электропроводности водных растворов электролитов, используемых на ТЭС.
5. Впервые разработаны обобщенная и отдельные математические модели ионных равновесий водного теплоносителя энергоблока, методы их решения позволяют по минимальному количеству надежных измерений (удельной электропроводности исходной и Н-катионированной проб, показателя РН и температуры пробы) количественно определять содержание нормируемых примесей (аммиака, ионов натрия, хлоридов, форм диссоциации угольной кислоты) в питательной воде, по которым ведется диагностика нарушений ВХР энергоблоков на ТЭС, в том числе потенциально-кислых веществ. Новизна решения подтверждена патентом на изобретение.
6. Разработана и апробирована ММ ионных равновесий котловой воды барабанных котлов (рб=13,8 МПА), основанная на модели электропроводности и позволяющая количественно определять концентрации фосфатов и хлорида натрия в котловой воде по измерению удельной электропроводности питательной и котловой воды, что подтверждено положительным решением на патент.
Разработанные математические модели могут быть частью математического обеспечения систем химико-технологического мониторинга энергоблоков ТЭС и позволят диагностировать нарушения ВХР на ранней стадии его развития.
7. Упрощенный вариант предложенной математической модели использован в программном обеспечении автоматического анализатора примесей конденсата энергоблоков АПК-051 (совместная разработка с НПП «Техноприбор», г. Москва), получившего признание специалистов Западной Европы.
8. Варианты обобщенной математической модели использовались в разработке электронных средств обучения: компьютерного тренажера для Костромской ГРЭС и автоматизированной обучающей системы для Калининской АЭС. Отражены в монографии «Автоматический химический контроль на ТЭС и АЭС с использованием измерений электропроводности и РН» и учебном пособии «Основы математического моделирования химико-технологических процессов обработки теплоносителя на ТЭС и АЭС».
9. Разработанные ММ проверялись в условиях работы промышленных энергоблоков Костромской ГРЭС, Конаковской ГРЭС; прямоточных и барабанных котлов ТЭЦ-26, ТЭЦ-23, ТЭЦ-9 ОАО «Мосэнерго»; барабанных котлов Печерской ГРЭС и Ивановской ТЭЦ-3. Сравнение расчетных значений концентраций аммиака в питательной воде, фосфатов в котловой воде с аналитически измеренными аналогами показало хорошую сходимость, допустимую в условиях оперативного химического контроля за качеством теплоносителя энергоблоков ТЭС.
10. Предложена и обоснована методика совершенствования СХТМ на базе измерений электропроводности и использования ММ ионных равновесий. С их применением повышается эксплуатационная надежность ВХР и появляется возможность быстрой диагностики нарушений ВХР в условиях АХК качества водного теплоносителя с измерением удельной электропроводности.
Список литературы
Научные статьи, опубликованные в изданиях по списку ВАК
1. Бушуев, Е.Н. Математическое моделирование ионных равновесий водного теплоносителя с использованием измерения электропроводности и РН / Е.Н. Бушуев // Теплоэнергетика. -2009. -№7.-С.13-18.
2. Киет, С.В. Использование анализатора АПК-051 в системе химико-технологического мониторинга / С.В. Киет, В.Н. Воронов, Е.Н. Бушуев // Теплоэнергетика. -2009. -№7. -С.75-78.
3. Ларин, Б.М. Определение концентрации фосфатов в котловой воде путем измерения электропроводности / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Ю.Ю. Тихомирова, С.В. Киет // Теплоэнергетика. -2008. -№7. -С.21-27.
4. Ларин, Б.М. Косвенный метод определения концентрации потенциально-кислых веществ в питательной воде прямоточных котлов / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, М.К.Л. Батти // Теплоэнергетика. -2008. -№4. -С.38-41.
8. Ларин, Б.М. Автоматический химконтроль за обработкой продувочной воды парогенераторов на АЭС с ВВЭР / Б.М. Ларин, В.А. Мамет, В.Ф. Тяпков, Е.Н. Бушуев // Теплоэнергетика. -2002. -№7. -С.24-29.
9. Ларин, Б.М. Анализ существующих технологий водоподготовки на тепловых электростанциях / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Н.В. Бушуева // Энергосбережение и водоподготовка. -2002. -№2. -С.11-19.
10. Бушуев, Е.Н. Контроль качества ионитов для обессоливания природной воды / Е.Н. Бушуев, В.В. Гостьков // Энергосбережение и водоподготовка. - 2008. -№ 3. -С. 2-5.
11. Бушуев, Е.Н. Разработка математической модели электропроводности технологических вод ТЭС / Е.Н. Бушуев // Вестник ИГЭУ. -2009. -№2. -C.56-61.
12. Бушуев, Е.Н. Расчет температурной зависимости ионного произведения, удельной электропроводности воды и предельно разбавленных растворов электролитов / Е.Н. Бушуев // Вестник ИГЭУ. -2007. -№2. -С.49-52.
13. Ларин, А.Б. Результаты лабораторных и промышленных исследований импортных ионитов / А.Б. Ларин, Е.Н. Бушуев // Вестник ИГЭУ. -2006. -№2. -С.35-37.
14. Ларин, Б.М. Автоматический контроль концентрации аммиака и органических примесей в теплоносителе прямоточных котлов / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, М.К.Л. Батти // Вестник ИГЭУ. -2006. -№2. -С.31-34.
15. Бушуев, Е.Н. Выбор экологически эффективной технологии водоподготовки на Заинской ГРЭС / Е.Н. Бушуев, А.С. Новоселова // Вестник ИГЭУ. -2008. -№ 4. -С.8-12.
16. Бушуев, Е.Н. Разработка компьютерного тренажера «Водно-химический режим и химический контроль энергоблока СКД» / Е.Н. Бушуев // Вестник ИГЭУ. -2004. -№5. -С.16-19.
17. Ларин, Б.М. Разработка алгоритмов диагностики системы химико-технологического мониторинга энергоблока 300 МВТ / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина // Вестник ИГЭУ. -2003. -№3. С.16-21.
18. Ларин, Б.М. Промышленные испытания методики расчета примесей конденсата и питательной воды барабанного котла СВД / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, М.Ю. Опарин, Е.В. Козюлина // Вестник ИГЭУ. -2002. -№ 1.-С.47-51.
Монографии и учебные пособия
19. Ларин, Б.М. Автоматический химический контроль теплоносителя на ТЭС и АЭС с использованием измерений электропроводности и РН / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, М.К.Л. Батти; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». -Иваново, 2007. -144 с. ISBN 978-5-89482-482-6.
20. Ларин, Б.М. Основы математического моделирование химико-технологических процессов обработки теплоносителя на ТЭС и АЭС : учеб. пособие / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев. -М.: Издательский дом МЭИ, 2009. -310 с. ISBN 978-5-383-00307-7.
21. Ильичев, Н.Б. Технология проектирования тепловых электростанций и методы ее компьютеризации / Н.Б. Ильичев, Б.М. Ларин, А.В. Мошкарин, Е.Н. Бушуев; под ред. В.Н. Нуждина, А.В. Мошкарина. -М.: Энергоатомиздат, 1997. -234 с. ISBN 5-283-02139-4.
22. Мошкарин, А.В. Анализ перспектив развития отечественной теплоэнергетики / А.В. Мошкарин, М.А. Девочкин, Б.Л. Шелыгин, Е.Н. Бушуев; под ред. А.В. Мошкарина; Иван. гос. энерг. ун-т. -Иваново, -2002. -256 с. ISBN 5-89482-206-8.
23. Бушуев, Е.Н. Малоотходные технологии водоподготовки на ТЭС: учеб. пособие / Е.Н. Бушуев, М.Ю. Опарин; Иван. гос. энерг. ун-т. -Иваново, 2009. -104 с. ISBN 978-5-89482-665-3.
Публикации в других изданиях
24. Bhatti, M.K.L. Use of mathematical model of ionic equilibrium for chemical monitoring of the operating mediumquality of once-trough boilers / M.K.L. Bhatti, B.M. Larin, E.N. Bushuev, A.B. Larin // International conf. “Instrumentation for power plant chemistry”. Zurich (Swetzerland), 2006. P.18-1-18.7.
25. Larin, B.M. A Calculation Method for Determining the Concentration of Potentially Acid Substances in Feedwater of Once-Through Boilers / B.M. Larin, E.N. Bushuev, A.B. Larin, M.K.L. Bhatti // 15th International Conference on the Properties of Water and Steam. -Berlin: Germany. 2008.
26. Ларин, Б.М. Разработка алгоритма поиска причины нарушений водно-химического режима конденсатно-питательного тракта по показаниям приборов автоматического химконтроля / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина // Повышение эффективности работы энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. VIII. -М.: Энергоатомиздат, -2007. -С.57-67.
27. Ларин, Б.М. Повышение информативности автоматического химконтроля водного теплоносителя энергоблоков ТЭС / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина // Новое в Российской электроэнергетике. -2005. -№7. -С.31-39.
28. Ларин, Б.М. Надежность и точность измерений электропроводности и РН в системах мониторинга водного режима конденсатно-питательного тракта ТЭС и АЭС / Б.М. Ларин, Е.В. Козюлина, Е.Н. Бушуев // Новое в Российской электроэнергетике. -2005. -№8. -С.38-45.
29. Ларин, Б.М. Первый опыт системы химико-технологического мониторинга на Ивановской ТЭЦ-3 / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина // Повышение эффективности работы энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. VII - М.: Энергоатомиздат, -2004. -С.84-89.
30. Козюлина, Е.В. Промышленные испытания расчетного метода контроля качества питательной воды барабанных котлов / Е.В. Козюлина, Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев // Повышение эффективности работы энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. 6. - М.: Энергоатомиздат, 2003. -С.155-162.
31. Ларин, Б.М. Диагностика нарушений вводно-химического режима в рамках автоматической обучающей системы энергоблока 300 МВТ/ Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина // Повышение эффективности работы энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. 6. - М.: Энергоатомиздат, 2003. -С.115-122.
32. Коротков А.Н. Разработка и испытание системы автоматического химконтроля Na-катионитной установки Тобольской ТЭЦ / А.Н. Коротков, М.Ю. Опарин, С.Б. Плетников, Е.Н. Бушуев // Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. 2 -Иваново, 1998. -С.151-154.
33. Бушуев, Е.Н. Алгоритм и возможности программного продукта «ПРОЕКТ 4.0» для анализа технологических схем водоподготовки / Е.Н. Бушуев, Б.М. Ларин // Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. 2 -Иваново, 1998. -С.147-150.
34. Бушуев, Е.Н. Технико-экологический анализ состояния водоподготовительных установок ТЭС АО «Мосэнерго» / Е.Н. Бушуев, В.Ф. Жидких, Б.М. Ларин // Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. 1. -Иваново, 1997. -С.140-144.
35. Ларин, Б.М. Сокращение расхода реагентов и стоков действующих установок химобессоливания воды на ТЭС / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, А.Р. Гарнушкин // Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. 1. -Иваново, 1997. -С.128-132.
36. Бушуев, Е.Н. Технологическое и экологическое совершенствование схем водоподготовительных установок на стадии проектирования / Е.Н. Бушуев, Б.М. Ларин, С.Н. Чебанов // Повышение эффективности работы ТЭС и энергосистем: тр. ИГЭУ. Вып. 1. -Иваново, 1997. -С.124-127.
Патенты и свидетельства
37. Пат. 2329500 Российская Федерация. Способ определения концентрации кислых продуктов термолиза органических примесей в паре прямоточных энергетических котлов / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, М.К.Л. Батти, А.Б. Ларин. -Зарег. 20.07.2008.
38. Пат. 2348031 Российская Федерация. Анализатор примесей конденсата и способ их определения / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина, А.Б. Ларин, С.В. Киет. -Зарег. 27.06.2007.
39. Пат. 244294 Российская Федерация. Способ калибровки РН-метра / Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина, Б.М. Ларин, М.Ю. Опарин. -Зарег. 10.01.2005.
40. Пат. 2389014 Российская Федерация. Способ определения концентрации фосфатов в котловой воде барабанных энергетических котлов / Б.М. Ларин Б.М., Е.Н. Бушуев, А.Б. Ларин, Н.А. Еремина -Зарег. 10.05.2010.
41. Свид. на интеллектуальный продукт №73200200213 от 06.12.2002. Способ контроля качества конденсата и питательной воды / Д.А. Антошин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина, А.Б. Ларин, Б.М. Ларин.
42. Свид. на интеллектуальный продукт № 73200300111 от 06.06.2003. Способ контроля присосов охлаждающей воды в конденсаторах турбин / Д.А. Антошин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина, А.Б. Ларин, Б.М. Ларин.
43. Свид. на интеллектуальный продукт № 73200400063 от 15.03.2004. Способ контроля повышения надежности измерения электропроводности Н-катионированной пробы / Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина, Б.М. Ларин, А.Б. Ларин, М.Ю. Опарин.
44. Свид. об официальной регистрации программы для ЭВМ №2006614194. Расчет концентраций ионогенных примесей водного теплоносителя энергоблока ТЭС по измерениям удельной электропроводности и РН / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина, А.Б. Ларин, Ю.Ю. Тихомирова. -Дата поступления 12 октября 2006 г., зарег. 7 декабря 2006 г.
45. Свид. об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007611806. Расчет величины РН питательной воды энергоблока по измерениям удельной электропроводности исходной и Н-катионированной пробы / Б.М. Ларин, Е.Н. Бушуев, Е.В. Козюлина, А.Б. Ларин. -Дата поступления 19 марта 2007 г., зарег. 28 апреля 2007 г.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
