Исследование и математическое моделирование химико-технологических процессов водообработки на ТЭС (06.09.2010)

Автор: Бушуев Евгений Николаевич

6. Разработать методики и алгоритмы расчета технологических показателей ионитных фильтров в условиях проектирования и эксплуатации водоподготовительных установок ТЭС.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Разработана и исследована математическая модель электропроводности, структурированная по типам технологических водных потоков на ТЭС.

2. Создана не имеющая аналогов обобщенная математическая модель ионных равновесий водных потоков, составляющих питательную воду энергетических котлов.

3. 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.

4. Составлены расчетные методики и алгоритмы косвенного определения хлорида и гидрокарбоната натрия в обессоленной воде, конденсате и паре, аммиака – в питательной воде, фосфата натрия – в котловой воде на основе измерений удельной электропроводности и рН.

5. Разработана методика и алгоритмы расчета технологических показателей ионитных фильтров в условиях эксплуатации и проектирования с использованием математических моделей.

6. Составлены и использованы математические модели ионных равновесий для косвенных измерений концентраций нормируемых примесей по измерениям удельной электропроводности и рН, в рамках анализатора примесей конденсата, а также для калибровки кондуктометра и рН-метра, подтвержденные патентами на изобретение.

7. Разработана и проверена методика оперативного определения содержания в питательной воде прямоточных котлов потенциально кислых веществ по измерениям удельной электропроводности

Н-катионированной пробы.

Практическая значимость работы. Разработанные автором математические модели и алгоритмы могут широко использоваться для автоматического химического контроля качества водного теплоносителя на ТЭС и АЭС в целях определения химического состава ионогенных примесей (в том числе органических потенциально кислых веществ) по измерению удельной электропроводности и рН. Так, с участием автора разработан автоматический прибор химического контроля нового поколения – анализатор примесей конденсата АПК-051, отмеченный золотыми медалями Всемирных инновационных салонов в Брюсселе (Бельгия) в 2007 г. и Женеве (Швейцария) в 2009 г., Румынской академии наук в 2007 г.

Основные теоретические положения и практические результаты работы легли в основу книги «Основы математического моделирования химико-технологических процессов обработки теплоносителя на ТЭС и АЭС» – победителя Общероссийского конкурса рукописей учебной, научно-технической и справочной литературы по энергетике 2007 г., организованного РАО «ЕЭС России» и Московским энергетическим институтом (техническим университетом). В 2009 году книга была издана в издательстве «Издательский дом МЭИ».

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается комплексным, системным подходом к описанию ионных равновесий водного теплоносителя разных технологических потоков, использованием классической теории электропроводности, большим объемом опытных лабораторных данных и промышленных испытаний, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, совпадением отдельных результатов с данными других авторов.

Автор защищает:

1. Математическую модель электропроводности и результаты ее измерений в различных технологических потоках водного теплоносителя на ТЭС.

2. Обобщенную математическую модель, алгоритм и методику количественного определения концентраций ионогенных примесей водного теплоносителя энергоблоков по измерению удельной электропроводности и рН.

3. Частные математические модели, методики и результаты косвенного определения концентраций минеральных, включая аммиак и фосфаты, и органических примесей в питательной, котловой водах и паре энергетических котлов.

4. Методику и результаты расчетов технологических показателей ионитных фильтров для условий их эксплуатации и проектирования.

5. Расчетный алгоритм и результаты использования опытно-промышленного автоматического анализатора примесей конденсата.

6. Динамические модели оценки состояния водно-химического режима, положенные в основу автоматизированных обучающих систем.

Личный вклад автора заключается:

в разработке структурной математической модели электропроводности водных потоков на ТЭС и алгоритма поиска решения уравнения электропроводности для растворов смеси электролитов от вод типа конденсата до регенерационных растворов ионитных фильтров;

разработке обобщенной математической модели ионных равновесий водного теплоносителя энергоблоков и частных математических моделей отдельных технологических потоков на базе измерений удельной электропроводности и рН;

разработке математических моделей и технологических алгоритмов ионитных фильтров и схем химического обессоливания воды, позволяющих производить также экологическую оценку эффективности решений;

участии в проведении лабораторных исследований и промышленных испытаний по проверке адекватности математических моделей;

разработке вычислительного алгоритма автоматического прибора нового поколения АПК-051;

разработке ряда алгоритмов и расчетных программ с использованием математических моделей химико-технологических процессов на ТЭС;

внедрении в учебный процесс новых разработок и математических моделей в дисциплинах «Оптимизация и математическое моделирование химико-технологических процессов на ТЭС и АЭС» и «АСУ и САПР энергоустановок».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись на следующих конференциях: VIII, IХ, X, XI, XII, XIV, XV международных научно-технических конференциях «Состояние и перспективы развития электротехнологии» («Бенардосовские чтения») (г. Иваново, 1997, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009 гг.), II, III Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования» (г. Иваново, 2000, 2002 гг.), международной конференции «Instrumentation for power plant chemistry» (г. Цюрих, Швейцария, 2006 г.), международной конференции «Properties of Water and Steam» (г. Берлин, Германия, 2008 г.), международной научно-технической конференции «Экология энергетики 2000» (г. Москва, 2000 г.), IV российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (г. Ульяновск, 2003 г.), международном совещании «Водно-химический режим АЭС» (г. Десногорск, Смоленская АЭС, 2003 г.), 7-м международном научно-техническом совещании «Водно-химический режим АЭС» (г. Москва, ВНИИАЭС, 2006 г.), международной научно-технической конференции «Энергетика-2008: инновация, решения, перспективы» (г. Казань, 2008 г.), Всемирных инновационных салонах в Брюсселе (Бельгия) в 2007 г. и Женеве (Швейцария) в 2009 г.

Публикации. Основное содержание работы отражено в 73 публикациях, в том числе в 3 монографиях (в соавторстве), 30 научных статьях, 4 патентах на изобретение, 3 свидетельствах на интеллектуальный продукт, 2 свидетельствах на программные продукты для ЭВМ, 31 тезисе докладов.

Содержание и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы, включающего 236 наименований и приложений. Работа изложена на 334 страницах, содержит 82 рисунка и 67 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены ее цель и задачи, указана научная новизна и практическая значимость.

В первой главе дан анализ состояния проблемы разработки и использования математических моделей химических равновесий и их физических представлений в форме удельной электропроводности и рН для различных технологических потоков водного теплоносителя на ТЭС, начиная от природной и обессоленной вод и заканчивая котловой водой и регенерационными растворами ионитных растворов.

Показатель «удельная электропроводность» широко применяется для контроля качества теплоносителя, однако в основном он используется как косвенный показатель, характеризующий солесодержание технологических вод. В литературе (работы Н.И. Воробьева, А.А. Мостофина и др.) просматривается стремление, получить количественную информацию о содержании ионогенных примесей по результатам измерений электропроводности и рН.

Большой вклад в развитие приборных методов химического контроля внесли сотрудники ВТИ (Л.М. Живилова, В.А. Коровин и др.). На базе этих методов разработан ряд способов контроля истощения ионитных фильтров, внедрен ряд технологических схем автоматизированных ХВО. В одной из работ А.А. Мостофиным предлагаются номограммы, определяющие взаимосвязь удельной электропроводности и рН конденсата с содержанием углекислоты и аммиака. Имея данные о концентрации аммиака и рН в питательной воде или конденсате, по этим номограммам можно оценивать концентрацию углекислоты и удельную электропроводность раствора.

Дан анализ состояния технологических процессов и схем обработки воды, рассмотрены предпосылки создания математических моделей и проблемы их реализации.

Значительный вклад в развитие математического моделирования химико-технологических процессов на ТЭС внес профессор кафедры «Технология воды и топлива» (ТВТ) МЭИ (ТУ) В.Ф. Очков. В его работах представлено значительное количество ММ поведения теплоносителя энергоблоков в основной и вспомогательных теплоэнергетических системах, приводится также описание созданных на их основе компьютерных тренажеров и имитационных моделей, направленных на обучение студентов и эксплуатационного персонала ТЭС.

Изложены структура и содержание современных систем химико-технологического мониторинга (СХТМ) водно-химического режима на ТЭС. Большой вклад в разработку концепции СХТМ внесли ученые кафедры ТВТ МЭИ (ТУ) (В.Н. Воронов, Т.И. Петрова, П.Н. Назаренко, Д.С. Сметанин).

В отдельный раздел вынесены разработки расчетных методов ионных равновесий водных растворов электролитов и электропроводности представителей научной школы ИГЭУ, взятые за основу в данной работы.


загрузка...