CC BY
111
Мощность электростанции, МВт
—♦— Режим соответствует средней температуре января —■— Режим соответствует средней температуре августа
Рис. 3. Энергетические характеристики ТЭЦ
Таким образом, разработан методический подход к построению энергетических характеристик ТЭЦ, пригодных для решения задач оптимизации режимов электроэнергетических систем. Подход основан на
использовании достаточно простых математических моделей оборудования и определении характерных точек энергетических характеристик в результате решения задач оптимизации режимов работы ТЭЦ.
Библиографический список
1. Методы оптимизации сложных теплоэнергетических установок / А.М. Клер [и др.]. М.: Наука, 1993. 116 с.
2. Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования / А.М. Клер [и др.]. М.: Наука, 2005. 236 с.
3. Математическое моделирование и оптимизация в задачах оперативного управления тепловыми электростанциями // А.М. Клер [и др.]. Новосибирск: Наука. Сиб. издат. фирма РАН, 1997. 120 с.
4. Оптимизация режимов работы ТЭЦ в задачах проектиро-
вания и эксплуатации / А.М. Клер [и др.] // Теплоэнергетика. 2009. №12. С.31-37.
5. Оперативная оценка состояния основного оборудования ТЭС / А.М. Клер [и др.] // Электрические станции. 2011. № 4. С.2-6.
6. Клер А.М., Корнеева З.Р., Елсуков П.Ю. Оптимизация режимов работы энергосистем, включающих ТЭЦ и ГЭС, с водохранилищами многолетнего регулирования // Известия РАН. Энергетика. 2011. № 2. а 92-106.
УДК 621.311.22
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОТЫ ОБРАТНОЙ СЕТЕВОЙ ВОДЫ
С.В. Никифорова1, Н.Г. Захарьева2
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Предлагается способ увеличения экономичности ТЭЦ с помощью снижения температуры обратной сетевой воды, возвращаемой от потребителей путем установки на индивидуальных тепловых пунктах водоводяных подогревателей. Водопроводная вода, проходя через такие подогреватели, нагревается теплом, отдаваемым обратной сетевой водой. Снижение температуры обратной сетевой воды приведет к снижению давления отопительных отборов паратеплофикационных турбин и, как следствие, к увеличению выработки электроэнергии на тепловом потреблении и экономии топлива на станции, а также к ряду энергосберегающих эффектов для потребителей тепловой энергии в открытых системах теплоснабжения. Ил. 3. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: теплоэлектроцентраль; коэффициент ценности теплоты; обратная сетевая вода; тепловые пункты; потребители тепловой энергии; водоводяные подогреватели.
1Никифорова Светлана Васильевна, доцент кафедры теплоэнергетики, тел.:(3952) 405414, e-mail: mkif@istu.edu Nikiforova Svetlana, Associate Professor of the Department of Heat and Power Engineering, tel.: (3952) 405414, e-mail: pikif@istu.edu
2Захарьева Наталья Геннадьевна, старший преподаватель кафедры теплоэнергетики, тел.:(3952) 405414, e-mail: mkif@istu.edu
Zakharyeva Natalya, Senior Lecturer of the Department of Heat and Power Engineering, tel.: (3952) 405414, e-mail: pikif@istu.edu
USING RETURN HEATING SYSTEM WATER HEAT S.V. Nikiforova, N.G. Zakharyeva
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors propose a method of increasing the efficiency of a thermal power station through decreasing the temperature of the heating system water returned from customers by installing water to water heaters at individual heat points. Tap water, which passes through such heaters, is heated by the reverse water mains. Lowering the temperature of return heating system water will reduce the pressure of heating extractions of steam heating turbines and, consequently, will increase electricity production on heat consumption and result in saving fuel at the station, as well as in a number of energy-saving effects for consumers of thermal energy in open heat supply systems. 3 figures. 2 sources.
Key words: combined heat and power plant; heat efficiency factor; return heating system water; heat points; heat energy consumers; water to water heaters.
В условиях рыночной экономики для повышения конкурентоспособности и реализации программы энергосбережения необходимо искать способы увеличения экономичности ТЭЦ. Одним из таких направлений представляется снижение температуры сетевой воды, возвращаемой на ТЭЦ. Это приводит к снижению давления пара в теплофикационном отборе турбин, к увеличению выработки мощности на тепловом потреблении и снижению расхода топлива. Предлагается в открытых системах теплоснабжения снижать температуру обратной сетевой воды путём установки теплообменников на тепловых пунктах потребителей.
Как показывают наблюдения, сетевая вода возвращается на ТЭЦ с завышенной температурой по сравнению с расчётной, как минимум, на 5-7°С. Энергетическая компания пытается применять штрафные санкции в отношении тепловых потребителей за нарушение расчётного температурного режима теплоносителя, но эта мера носит периодический характер и не даёт желаемого эффекта.
Анализ причин завышения температуры обратной сетевой воды
Из трёх параметров, определяющих режим работы тепловой нагрузки теплофикационной турбины, один - температура обратной сетевой воды, является неуправляемым и определяется режимом работы всей системы теплоснабжения; два других параметра - тепловая нагрузка отбора и расход сетевой воды -являются управляемыми и поддерживаются на ТЭЦ на заданном уровне. Температура сетевой воды в подающей линии также является регулируемой в зависимости от температуры наружного воздуха.
В режимах работы теплофикационной турбины по тепловому графику развиваемая мощность в значительной мере зависит от уровня температуры обратной сетевой воды, которая в течение суток непостоянна. На ТЭЦ, которая работает по открытой системе теплоснабжения, наблюдается некоторое несоответствие расчётных и фактических температур обратной сетевой воды. Причиной несовпадения может являться недоиспользование теплоты, отпускаемой потребителям. Проблема заключается в том, что потребитель недополучает тепло вследствие наличия устаревших или загрязнённых систем отопления. Вторая причина связана с регулированием теплоты в домах. Вода в приборы отопления всех квартир поступает с одинаковой температурой, тогда как для угловых квартир и
квартир, расположенных на крайних этажах, требуется большее количество теплоты, чем для квартир, расположенных внутри дома. Получается, что одни потребители находятся в избытке по теплу и «выветривают» его через форточки, а другим для полного обогрева помещений его не хватает. Для отпуска на квартиру требуемого количества теплоты следует установить на местных системах отопления регуляторы тепловой энергии, которые в большинстве случаев (как показала практика) уменьшают расход сетевой воды, что ведёт к повышению температуры сетевой воды.
Способы регулирования теплоты по месту и их недостатки
Автоматическое управление отпуском теплоты на здания может производиться по отклонению регулируемой величины и по возмущению, а также путём комбинирования этих двух методов.
В первом случае датчики, замеряющие температуру внутреннего воздуха, устанавливаются в одном или нескольких отапливаемых помещениях и приводят в действие регулятор при отклонении этой температуры от установленного значения. Для осуществления программного регулирования датчики оборудуются специальным устройством, связанным с часовым механизмом.
При регулировании по возмущению датчики устанавливаются снаружи здания и замеряют значения метеорологических параметров. Использование этого метода требует соблюдения условия инвариантности системы отопления по отношению к внешним возмущениям.
Математически это условие выражается следующим образом:
№ = № ' ' упр ' ' возм 1
где №упр - передаточная функция по управляющему воздействию; №возм - то же, по возмущающему воздействию.
Расшифровывая значения указанных передаточных функций, можно получить:
№ + № = № + № '' сист^'' комп '' м^'' б 1
где №сист - передаточная функция объекта теплоснабжения, охватываемого данной ступенью управления, от температуры (расхода) теплоносителя на выходе из узла управления к количеству теплоты, пере-
даваемой воздуху отапливаемого помещения; Жкомп - передаточная функция регулятора с соответствующим компенсирующим устройством; ¥м , Wб - передаточные функции теплоёмких и нетеплоёмких наружных ограждений - от изменения метеорологических условий к количеству теплоты, теряемой отапливаемыми помещениями.
Схема компенсации возмущений приведена на рис. 1.
ЦМ)
Рис. 1. Схема компенсации возмущений в системе отопления
Достоинство автоматического управления по отклонению заключается в том, что регулятор учитывает всю совокупность факторов, влияющих на температурный режим отапливаемых помещений, и выполняет свою задачу независимо от причин, вызвавших отклонение внутренней температуры.
Эксплуатационные изменения статических и динамических характеристик объекта практически не сказываются на качестве регулирования. Недостатки этого метода заключаются в следующем. В современных многоэтажных зданиях даже при хорошо отрегулированной системе отопления наблюдается значительный разброс температур воздуха в отапливаемых помещениях, намного превышающий допустимую точность регулирования. В связи с этим выбор представительных помещений с целью сведения к минимуму влияния случайных, локальных факторов на процесс управления представляет большие трудности. Увеличение же с этой целью общего количества датчиков -контрольных помещений, приводит к удорожанию автоматики, усложнению её обслуживания и снижению надёжности.
Система автоматического управления по отклонению внутренней температуры обладает неблагоприятными динамическими характеристиками, поскольку замкнутый контур регулирования содержит в данном случае звено с большой инерционностью - отапливаемое здание. В случае охвата ступенью управления целого ряда зданий (ЦТП, КРП) негативное влияние указанных обстоятельств (разброс температур в помещениях, большая инерционность контура регулирования) при регулировании по отклонению ещё более возрастает.
Достоинство автоматического управления по возмущению состоит в том, что оно производится по основным определяющим режимам теплопотребления зданий (температура наружного воздуха, скорость ветра, солнечная радиация). Влияние локальных, случайных факторов на температуру воздуха в том или
ином помещении на процесс управления исключается.
При управлении по возмущению система обладает хорошими динамическими свойствами, так как в контур регулирования не входит отапливаемое помещение. При этом регулятор начинает выполнять свою задачу ещё до того, как возмущающее воздействие проникло в отапливаемое помещение и вызвало в нём отклонение регулируемой величины - температуры воздуха - от заданного значения.
Недостаток этого метода заключается в том, что регулятор реагирует только на те возмущения, которые оцениваются соответствующими датчиками и заложены в закон управления.
Учитывая многообразие возмущений, действующих в системе теплоснабжения, и особенности этой системы как объекта управления, становятся очевидными те трудности принципиального характера, которые возникают при применении рассматриваемого метода управления.
Необходимо отметить, что автоматическая разомкнутая система управления по возмущению в «чистом» виде не получила применения в практике теплоснабжения и отопления. Наиболее распространённая схема управления по возмущению предусматривает наличие обратной связи по параметру теплоносителя в системах отопления, а значит и температуры обратной сетевой воды.
Помимо основных существует ещё ряд причин, по которым вода может возвращаться с завышенной температурой. Одна из них: современные ремонты помещений, где в эстетических целях принято закрывать радиаторы отопления экранами, которые в свою очередь препятствуют полной отдаче теплоты в помещении, таким образом, вода не отдаёт полностью тепло и оно поступает обратно на ТЭЦ с сетевой водой.
Повышение температуры обратной сетевой воды, поступающей на ТЭЦ, при работе по тепловому графику приводит к повышению давления в регулируемом отборе, вследствие чего регулятор давления даёт команду на прикрытие регулирующих клапанов перед ЦВД. Это приводит к разгрузке турбины как по отпуску теплоты, так и по выработке электроэнергии, а это снижает экономические показатели и прибыльность ТЭЦ.
В условиях эксплуатации положение может быть выправлено вмешательством машиниста турбины, который вручную устанавливает большее задание регулятору давления, что приводит к повышению давления пара в регулируемом отборе и соответствующему снижению развиваемой мощности турбины.
Наибольшее повышение температуры обратной сетевой воды приходится на часы утреннего набора нагрузки в энергосистеме, что особенно ощутимо для станции.
Анализируя выше изложенное, можно сделать вывод, что возврат обратной сетевой воды с завышенной температурой является проблемой для источника теплоснабжения, которую необходимо решать и находить новые пути снижения температуры обратной сетевой воды, в частности, использовать избыточное
Рис 2. Схема установки подогревателя водопроводной воды на тепловом вводе жилого дома
Рис. 3. Принципиальная схема подогревателя ПВВР: 1, 4 - съёмные передняя и задняя водяные камеры; 2 - корпус; 3 - трубная система; 5 - съёмная крышка корпуса
тепло обратной сетевой воды для нагрева холодной водопроводной воды у потребителей в водо-водяных теплообменниках (ВВТ) на тепловых узлах потребителей. Предлагается снизить температуру обратной сетевой воды путём нагрева водопроводной воды, поступающей на холодное водоснабжение, на тепловых пунктах зданий в специально установленных водо-водяных подогревателях (рис. 2). Кроме снижения температуры сетевой воды ожидается получение ещё некоторых положительных энергосберегающих моментов, имеющих значение как для поставщика (ТЭЦ), так и для потребителя тепловой энергии, а именно:
- снизится потребление горячей воды;
- при открытой системе теплоснабжения сократится расход подпиточной воды на ТЭЦ, а следовательно, снизится расход теплоты на её подготовку;
- сократится расход электроэнергии на перекачивание подпиточной воды;
- снизится расход топлива на ТЭЦ;
- уменьшится расход электроэнергии на нагрев воды в бытовой технике (электрочайники, стиральные машины и т.п.);
- будет исключена конденсация водяных паров на трубах холодной водопроводной воды.
В качестве теплообменников предлагается установить подогреватели разборной конструкции типа ПВВР, выпускаемые компанией «Волгопромэнерго» (рис. 3) [1]. Водо-водяные малогабаритные разборные подогреватели типа ПВВР предназначены для подогрева сетевой воды в системах теплоснабжения, использующих греющую воду от ГРЭС, ТЭЦ, котельных. Они также находят применение в центральных и
местных тепловых узлах, коттеджах, в схемах ГРЭС, ТЭЦ, могут быть использованы в качестве охладителей питательной воды после деаэраторов, охладителей конденсатов, подогревателей химически обработанной воды, в промэнергоустановках в качестве потоков горячей воды.
Специалистами ООО «Волгопромэнерго» разработана и изготавливается новая серия разборных во-доводяных теплообменных аппаратов для систем теплоснабжения и горячего водоснабжения взамен секционных, изготавливаемых по ГОСТ 27590-88, и пластинчатых. Необходимо отметить, что оборудование, изготавливаемое по упомянутому стандарту, морально устарело и имеет ряд серьёзных недостатков:
- невысокая тепловая эффективность;
- значительные гидравлические и тепловые потери на калачах и переходах;
- невозможность ремонта и полной очистки наружных поверхностей теплообменных труб и межтрубного пространства;
- размещение такого оборудования требует больших объёмов и площадей.
Оптимальное место установки водо-водяного теплообменника - на трубопроводе водопроводной воды с подводом к теплообменнику трубопроводов обратной сетевой воды на вход и выход из теплообменника, а также установка запорной арматуры и обводных линий для водопроводной воды и обратной сетевой воды на случай отключения в летний период и в случае ремонта.
Преимущества разработанной схемы: простота конструкции; минимальные капиталовложения; простота в эксплуатации; ремонтопригодность; быстрая окупаемость проекта; снижение расхода горячей воды; снижение платы за горячую воду; снижение платы за электроэнергию; безопасность эксплуатации; экологическая безопасность.
В г. Иркутске распространена открытая система теплоснабжения. Расчёты по определению эффективности установки водо-водяных теплообменников на тепловых пунктах для потребителя проведены на примере типового 130-ти квартирного жилого дома. По данным жилищной управляющей компании, среднестатистическое число жильцов в таком доме составляет 400 человек. Учитывая, что отопительный сезон длится восемь месяцев (а точнее - 241 сутки), оплата за потребление горячей воды составит 800 тыс. руб. из расчёта 250 руб. в месяц с одного потребителя (в среднем в 2011 году). При нагреве водопроводной воды от 5 до 20°С потребление горячей воды сократится на 28%, снижение оплаты за потребление горячей воды составит 224 тыс. руб., то есть каждый жилец сэкономит 560 рублей в год. Кроме того, следует ожидать также экономию электрической энергии, расходуемой на нагрев более теплой водопроводной воды в бытовых электрических приборах в количестве примерно 12968 кВт-ч за отопительный период.
При расчёте и выборе теплообменника для теплового ввода указанного дома было принято, что нагрев водопроводной воды будет осуществляться от 5 до 20°С, расход холодной воды составит 3 т/ч, расход
обратной сетевой воды - 2,03 т/ч (по данным жилищной управляющей компании). Температура сетевой воды перед теплообменником рассчитывалась как средняя за отопительный период - 60°С. Расчёты показали, что требуемая поверхность теплообмена для данных условий составляет 0,97 м2, при этом обратная сетевая вода охладится до 37°С.
При расчёте снижения расхода теплоты на подготовку подпиточной воды на ТЭЦ и оценке изменения расхода топлива в связи с понижением температуры обратной сетевой воды (го с е) можно воспользоваться методом коэффициента ценности теплоты (%).
При изменении расхода и температуры обратной сетевой воды тепловой схеме турбоустановки наносится возмущение:
А<<еозм = подп ' се (о б. в — го. б. в )'
где АОподп - изменение расхода подпиточной воды,
кг/с; сВ - теплоёмкость воды, кДж/(кг-К); гобе, г'обе-соответственно температуры обратной сетевой воды, возвращаемой на ТЭЦ до и после внедрения мероприятия, °С.
Изменение расхода теплоты на турбоустановку:
А<<ту = А<еозм %,
где % - коэффициент ценности теплоты,
% = У [1+И1-У)] [2], где у - коэффициент недоиспользования мощности потока пара, уходящего в отбор; k - опытный коэффициент, 0,35.
У = -
^отб ^к Ио - Ик
где котб - энтальпия отбираемого пара, кДж/кг; Нк -энтальпия конденсата, кДж/кг; к0 - энтальпия свежего пара, кДж/кг.
Изменение расхода теплоты на турбоустановку вызывает изменение расхода теплоты на котле, что в свою очередь сказывается на расходе топлива. Расход теплоты на котел, МВт:
А<ка = А<ту • Лтп ,
где ?1тп - коэффициент рассеивания теплового потока.
Изменение расхода топлива на котле, кг/с:
лп _ А<<ка АВусл = —--
<<н Лка
где <р - теплотворная способность условного топлива, кДж /кг; г]ка - КПД котельного агрегата. Годовой расход топлива, т у.т.
АВотоп = АВусл ' Т.
где т - количество часов отопительного периода.
Таким образом, проведённые расчёты по использованию теплоты обратной сетевой воды на тепловых пунктах потребителей показали, что имеет место ряд положительных энергосберегающих моментов как для тепловых потребителей, так и для ТЭЦ.
Библиографический список
1. Пермяков В.А., Пермяков К.В. Кожухотрубные теплооб- электрические станции: учебник для вузов / под ред. В.М. менные аппараты нового поколения для систем теплоснаб- Лавыгина, А.С. Седлова, С.В. Цанева. М.: Изд. дом МЭИ, жения: учеб. пособие. СПб.: Изд-во ПЭИПК, 2010. 160 с. 2009. 464 с.
2. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. и др. Тепловые
УДК 621.311.22:662.7
ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МОНГОЛИИ НА БАЗЕ ШИВЭЭ-ОВООСКОЙ ТЭС (КЭС)
Х. Энхжаргал1, С. Батмунх2, В.А. Стенников3
1,2Монгольский государственный университет науки и технологии, 210646, Монголия, г. Улан-Батор, Р.О.В. 46/69. 3Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
Рассматривается существующее состояние электроэнергетического комплекса Монголии, предлагаются перспективные разработки, направленные на его развитие и интеграцию в международную энергетическую систему стран Северо-Восточной Азии. Разрабатываются современные энергоэффективные и экологические технологии сжигания угля на базе мультикомплексов, которые обеспечивают успешную реализацию перспективных планов. Ил. 4. Табл. 5. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: электроэнергетическая система; линия электропередачи; режимы функционирования; мультикомплекс; угольные месторождения; утилизация отходов.
FORMATION OF MONGOLIAN ELECTRIC POWER SYSTEM AT BAZESHIVEE OVOO THERMAL POWER PLANT
(CONDENSING POWER PLANT)
Kh. Enkhzhargal, S. Batmunkh, V.A. Stennikov
Mongolian State University of Science and Technology, 210646, Mongolia, Ulan Bator, P.O.B. 46/69. Institute of Energy Systems named after L.A. Melentyev SB RAS, 130 Lermontov St., Irkutsk, 664033.
The article considers the current state of the Mongolian electric power complex. It offers promising developments directed at its progress and integration into the international power system of the countries of North-East Asia. The authors work out modern energy-efficient and environmentally friendly coal burning technologies based on multi complexes that ensure successful implementation of long-term plans. 4 figures. 5 tables. 6 sources.
Key words: electric power system; transmission line; operation modes; multi complex; coal deposits; waste recycling.
Действующая Центральная электроэнергетическая система (ЦЭЭС) Монголии, как и ряд других региональных энергосистем страны, создавалась в условиях плановой экономики, на протяжении всего своего существования развивалась согласно прогнозам роста электропотребления страны дореформенного периода. В последние годы наметились новые тенденции в социальной и экономической деятельности правительства страны, прежде всего, это привлечение отечественных частных и иностранных инвестиций предпочтительно в развитие горнодобывающей промыш-
ленности. Изменения в области использования природных ресурсов создали в стране после 2000 г. благоприятные условия для инвестиционной деятельности, что способствовало развитию новых, в основном, горнодобывающих предприятий. В результате активизации экономической деятельности энергетическое хозяйство страны оказалось неподготовленным к увеличивающемуся спросу на электроэнергию на внутреннем рынке из-за дефицита генерирующих мощностей, которые не могли удовлетворить даже существующие потребности. При этом складывалась со-
1Энхжаргал Халтарын, доктор, профессор, директор Института энергетики, тел.: (976) 11323579, e-mail: enkhjargal@must.edu.mn
Khaltaryn Enkhzhargal, Doctor, Professor, Director of the Institute of Power Engineering, tel.: (976) 11323579, e-mail: enkhjargal@must.edu.mn
2Батмунх Сэрээтэрийн, академик, директор Института теплотехники и промышленной экологии, тел.: (976) 11315649, e-mail: batmunkh_acad@yahoo.com
Batmunkh Sereeteriin, Academician, Director of the Institute of Heating Engineering and Industrial Ecology, tel.: (976) 11315649, e-mail: batmunkh_acad@yahoo.com
3Стенников Валерий Алексеевич, доктор технических наук, профессор, заместитель директора Института по науке, тел.: 79148952306, e-mail:SVA@isem.sei.irk.ru
Stennikov Valery, Doctor of technical sciences, Professor, Deputy Director of the Institute for Science, tel.: 79148952306, e-mail: SVA@isem.sei.irk.ru
