Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Энергетические системы и комплексы

Диссертационная работа:

Алимбаева Юлия Джеткизгеновна. Дренированные золоотвалы тепловых электростанций с противофильтрационными плёночными экранами : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.01.- Красноярск, 2007.- 157 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/3623

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1 Анализ противофильтрационных мероприятий на золоотвалах ТЭС

1.1 Сущность проблем, связанных с фильтрацией на золоотвалах 10

1.2Противофильтрационные мероприятия в специальных гидротехнических сооружениях

1.2.1 Классификация золоотвалов и противофильтрационных конструкций

1.2.2 Ретроспектива строительства гидротехнических сооружений полимерными плёночными противофильтрационными конструкциями

1.2.3 Сравнительная характеристика конструкций из полимерных материалов

1.2.4 Обзор существующих способов укладки плёночных экранов и завес в гидротехнических сооружениях

1.2.5 Формирование требований к технологии создания противофильтрационных пленочных завес

1.3 Моделирование теплообменных процессов в зол отвалах ТЭС 27

1.3.1 Обзор существующих постановок и решений задачи со свободной границей

1.3.2 Математическая постановка и решение задачи термовлажностного режима гидросооружения

1.3.3 Формирование требований к моделированию процессов теплообмена в дренированных золоотвалах

1.4 Выводы по разделу 39

2 Исследование степени водонепроницаемости самоуплотняющихся стыков плёночных экранов

2.1 Предварительный эксперимент по изучению свойств самоуплотняющихся стыков пленочных завес

2.2 Основной эксперимент по изучению свойств самоуплотняющихся стыков пленочных завес

2.2.1 Цели и задачи экспериментов 43

2.2.2 Силовая фильтрационная установка 44

2.2.3 Методика проведения экспериментов 46

2.3 Анализ влияния основных конструкционных и эксплуатационных факторов на работу "Х"-образного стыка

2.3.1 Влияние высоты отгиба и гидростатического напора на степень водонепроницаемости стыка

2.3.2. Влияние предварительного смачивания внутренней поверхности стыка на его проницаемость

2.3.3 Влияние конфигурации стыка на интенсивность фильтрации 56

2.3.4 Влияние динамического уплотнения пригрузочного слоя грунта, давления вышележащих слоев грунта и ЗШМ на интенсивность фильтрации

2.4 Выводы по разделу 64

3 Экспериментальное исследование температурно-влажностного режима дренированного золоотвала

3.1 Физическая постановка задачи 66

3.2 Применение теории подобия к физическому эксперименту 68

3.3 Предварительные эксперименты 70

3.3.1 Оборудование, материалы и их характеристики 70

3.3.2 Расчёт параметров модели золоотвала 71

3.3.3 Методика проведения эксперимента 72

3.3.4 Обработка результатов предварительных экспериментов 74

3.4 Основной эксперимент 75

3.4.1 Коэффициенты подобия 75

3.4.2 Оборудование, приборы, материалы и их характеристики 76

3.4.3 Методика проведения эксперимента 77

3.4.4 Обработка и анализ результатов 80

3.5 Выводы по разделу 81

4 Теоретическое исследование температурно-влажностного режима дренированного золоотвала

4.1 Численное решение задачи температурного режима дренированного золоотвала типа 1-А

4.1.1 Одномерная модель температурного режима золоотвала 87

4.1.2 Вывод уравнения сопряжения энергии 89

4.1.3 Алгоритм решения задачи 91

4.1.4 Вычислительная программа 95

4.2 Выявление более эффективной математической модели температурного режима дренированного золоотвала типа 1-А

4.3. Анализ результатов вычисления температурного режима золоотвала 98

4.4 Выводы по разделу 104

5 Устройства и технология укладки плёночных конструкций в золоотвале

5.1 Формирование требований к устройствам для укладки плёночных экранов, завес и диафрагм

5.2 Характеристики и принцип действия модифицированных укладчиков плёночных завес и диафрагм

5.2.1 Устройства для образования многоярусной пленочной диафрагмы в 109 водоподпорных сооружениях

5.2.2 Устройства для укладки плёночного экрана (завесы) 110

5.3 Экономическое обоснование устройства для укладки плёночного экрана (завесы)

5.4 Выводы по разделу 116

НАУЧНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 117

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 121

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Фильтрационные исследования 134

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Эксперимент по исследованию температурно влажностных процессов

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Блок-схема программы расчёта термо-влажностного режима золоотвала

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Сметы на укладку плёночного противофильтрационного экран 

Введение к работе:

Золошлакохранилища (ЗШХ) или золоотвалы в технологической цепи энергетических комплексов и систем являются важным звеном, обеспечивающим складирование огромного количества токсичных отходов в виде золы и шлака. Ежегодно в России образуется свыше 100 млн т золошлаковых отходов (ЗШО), которые накапливаются в отвалах. Из них около 1 млн 200 тыс. т производится в Красноярском крае. Общая площадь земли занятой под отвалы в странах СНГ превышает 35 тыс га, на которых размещено 1,5 млрд т. золошлаковых материалов (ЗШМ). Золоотвалы являются источником загрязнения среды обитания человека: увеличивают запыленность воздуха, их токсичное содержимое может попасть в грунтовые воды, водоемы и почву. В промышленно развитых странах используют почти 100 % ЗШО. В России огромные ресурсы зол и шлаков тепловых электрических станций (ТЭС) используются менее чем на 10 %.

Для многих энергетических объектов нашей страны, в том числе г. Красноярска остаются злободневными вопросы природоохранного характера. Большинство из них не соответствует современным требованиям по охране окружающей среды. Многие накопители отходов, в том числе золоотвалы находятся в предаварийном состоянии из-за переполнения, деформации дамб, неудовлетворительной работы противофильтрационных сооружений, осложнений, связанных с гидроледотермическими процессами и пр. [1,2,3,4].

В соответствии с тенденциями топливно-энергетической политики нашей страны использование твёрдого топлива к 2020 году увеличится на 21-54 %, что делает еще более актуальной задачу предупреждения утечки токсичного фильтрата за пределы золоотвалов [1, 5].

В настоящее время ЗШХ с противофильтрационными элементами в ограждающих дамбах, выполненных из грунтовых материалов, бетона или асфальтобетона, в лучшем случае располагают на естественных водоупорах в виде глинистых грунтов. Необходимо отметить, что противофильтрационные элементы и естественные водоупоры, обладают относительно низкой, но конечной по величине проницаемостью. В силу абсолютной водонепроницаемости полимерных материалов отмечена целесообразность повсеместного их внедрения при экранировании промнакопителей, в том числе золоотвалов [6]. Однако недостатки, установленные при создании пленочных экранов на ряде объектов, препятствуют широкому их использованию. Во-первых, до сих пор укладка плёночных экранов и завес достаточно трудоёмка и выполняется ручным способом при раскатывании рулонов плёнки на экранируемой поверхности; склеивании, сваривании стыков отдельных полотнищ в единый экран. Во-вторых, возникают затруднения, связанные с климатическими условиями, такими как, ветра, атмосферные осадки, а в северной строительной климатической зоне -многократное сезонное промерзание-оттаивание дамб и надводных участков плёночных экранов, которое сопровождается ежегодным образованием морозобойных трещин, пучением и другими криогенными явлениями, разрушающими целостность экранов и негативно влияющими на работу дренажа в дренированных золоотвалах [7, 8]. В-третьих, плёнки подвержены различным повреждениям: механизмами при укладке экранов, грунтом при статической работе сооружения, корнями растений вследствие зарастания мелководных придамбовых зон [9,10]. И, наконец, используемая в настоящее время технология укладки плёночных завес "внахлёст" способствует их разуплотнению с течением времени под действием сил гидростатического давления и естественных осадок грунта [11].

С целью учёта недостатков, связанных с влиянием отрицательных температур, при проектировании золоотвалов осуществляют расчёт термо-влажностного режима, позволяющий обеспечить бесперебойную работу дренажа, определить глубину создания и конфигурацию противофильтрационных устройств. Основные трудности в процессе расчёта вызывает математическая постановка и решение задачи теплообмена при фазовых превращениях - задача Стефана. Точность прогноза температурно-влажностного режима золоотвала с плёночным экраном зависит от того, насколько адекватна математическая модель реальным процессам. В настоящее время в основе математического описания промерзания-оттаивания различных объектов лежит применение граничных условий четвертого рода с учётом фазовых превращений влаги. Такой подход представляется недостаточно объективным. Следовательно, требуется модифицировать математическую постановку задачи.

Другой недостаток создания плёночных экранов - нарушение их целостности, - можно устранить, усовершенствовав технологию соединения плёночных полотнищ в единую конструкцию, поскольку в местах соединения преимущественно и происходят разрывы, деформации как на стадии строительства ЗШХ, так и в процессе его эксплуатации. Перспективным направлением здесь можно назвать соединение полотнищ относительно новым способом «встык» с применением механизированных устройств и получение гипотетически непроницаемых "Л"-образных (читается «Т-образных») стыков плёночных экранов [12].

Из вышесказанного вытекает народно-хозяйственная проблема повышения эффективности складирования и утилизации золошлаковых материалов (ЗШМ) гидротехнических сооружений ТЭС, решение которой позволит обеспечить устойчивое функционирование данных объектов энергетики и снижение вредного влияния на окружающую среду.

На пути преодоления сформулированной выше проблемы необходимо решить следующие задачи: создание непроницаемых противофильтрационных плёночных конструкций золошлакохранилищ ТЭС; создание адекватной математической модели для определения термо-влажностного режима дренированных золоотвалов ТЭС, разработка устройств для механизации работ по укладке таких конструкций.

Объектами исследования в данной работе выступают: дренированный золоотвал с плёночным противофильтрационным экраном в основании; стыки отдельных полотнищ противофильтрационного экрана; укладчики плёночных экранов и завес; система дифференциальных уравнений и краевых условий, описывающая теплообменные процессы с фазовыми превращениями влаги в грунтах и ЗШМ.

Предметами исследования являются: фильтрационные свойства стыков плёночных экранов; адекватность математической модели реальным процессам, возникающим в системе «основание-дренаж-ЗШМ»; геометрическое, временное и физическое подобие, а также методика проведения эксперимента и обработка его результатов; конструкционные особенности и функционирование укладчиков плёночных экранов.

Целью работы является разработка способов и устройств для повышения эффективности проектирования, строительства и эксплуатации золошлаковых хранилищ тепловых электростанций с эффективными непроницаемыми протавофильтрационными плёночными конструкциями на основе совершенствования методики исследований термо-влажностного режима золоотвалов.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• анализ опыта проектирования и эксплуатации ЗШХ с использованием в качестве противофильтрационных элементов плёночных конструкций, а также обобщение результатов термо-влажностных расчётов ЗШХ;

• экспериментальное исследование степени водонепроницаемости и установление оптимальных с точки зрения снижения фильтрации параметров "__"-образных стыков плёночных экранов;

• экспериментальное исследование температурного режима дренированного золоотвала с целью выявления на его основе наиболее эффективной математической модели процесса промерзания-оттаивания;

• численное исследование термо-влажностного режима дренированного золоотвала с помощью модифицированной математической модели;

• совершенствование устройств для механизированной укладки плёночных конструкций.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Установлены основные факторы, влияющие на проницаемость "X"-образных стыков плёночных экранов и предложены рекомендации для выбора их конструктивных характеристик, обеспечивающих снижение фильтрации в золоотвалах ТЭС.

2. Экспериментально обоснована правомерность использования уравнений сопряжения в многослойных задачах теплообмена. Модифицирована математическая модель процесса промерзания-оттаивания дренированного золоотвала, что позволило повысить точность расчётов термо-влажностных режимов ЗШХ.

3. Выполнено численное исследование термо-влажностного режима золоотвала с дренированным основанием и плёночным экраном в условиях Центральной Сибири. Установлена необходимость учёта постоянного присутствия мёрзлого слоя золошлакового материала при многолетних циклах промерзания-оттаивания, который будет влиять на температурный режим золоотвала в целом.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

• Обоснована целесообразность сооружения противофильтрационных плёночных экранов с "Х"-образными стыками, обладающими хорошими эксплуатационными характеристиками, главным образом - низким коэффициентом фильтрации, что позволяет снизить вредное воздействие энергетических объектов на окружающую среду.

• Создано специализированное алгоритмическое и программное обеспечение, реализующее методику расчёта промерзания-оттаивания дренированных золоотвалов, которое рекомендуется использовать при проектировании золошлакохранилищ энергетических объектов.

• Разработаны на уровне изобретений устройства для механизированной укладки плёночных экранов, завес и диафрагм с учётом результатов исследования фильтрационных свойств стыков плёночных экранов, что позволяет повысить технологичность строительства и надёжность эксплуатации золоотвалов с плёночными конструкциями. Положения, выносимые на защиту:

1. Параметры и эксплуатационные характеристики "_1_"-образных стыков плёночных экранов.

2. Математическая модель многослойной, многофронтовой задачи Стефана с использованием уравнений сопряжения.

3. Алгоритм одномерной задачи промерзания-оттаивания дренированных золоотвалов, и вычислительная программа, разработанная на основе предложенной модели.

4. Результаты экспериментального обоснования правомерности использования уравнений сопряжения в многослойных задачах теплообмена.

5. Результаты численного исследования температурно-влажностного режима дренированного золоотвала в условиях Центральной Сибири.

6. Технические решения, направленные на повышение надёжности эксплуатации плёночных экранов и завес, также эффективности и экономичности процесса их укладки при строительстве ЗШХ пылеугольных ТЭС.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием известных методов тепломассопереноса, сопоставлением результатов физического и математического моделирования и подтверждается удовлетворительной сходимостью полученных результатов с данными других авторов.

Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке задачи, разработке методик и проведении экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов, формулировании основных выводов по результатам выполненных по теме диссертации работ.

Апробация результатов проводилась на III Всероссийской научно- практической конференции «Повышение эффективности топливно- энергетического комплекса» (г. Красноярск, 2002 г.); на конференции «Социальные проблемы инженерной экологии, природопользования и ресурсосбережения» (г. Красноярск, 2004 г.); на VI российской научно- практической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» (г. Красноярск, 2005 г.); на Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь и наука: начало XXI в» (г. Красноярск, 2006 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из которых: 1 - статья в издании по списку ВАК, 2 - патенты на изобретения.

Общая характеристика диссертации. Общий объём - 155 с. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 128 источников, включая работы автора, содержит 33 иллюстрации, 10 таблиц, 4 приложения на 24 с.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net