CC BY
33
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Ж у к а у с к а с, А. А. Конвективный перенос в теплообменниках / А. А. Жукаускас. -М.: Наука, 1982.
2. И с а ч е н к о, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. -М.: Энергия, 1975.
3. Т е п л о о б м е н н ы й элемент: пат. 3039 Респ. Беларусь, приоритет 16.02.2006 / Дьяков А. И., Киселев В. Г.
4. М р о ч е к, Ж. А. Определение интенсивности теплообмена при конвекции воздуха в межреберном пространстве плоских труб / Ж. А. Мрочек, А. И. Дьяков // Машиностроение. - 2007. - Вып. 22. - С. 220-223.
Представлена кафедрой металлорежущих станков
и инструментов Поступила 09.09.2008
УДК 621.165
К ВОПРОСУ ОГРАНИЧЕНИЯ НАГРУЗКИ
ОТОПИТЕЛЬНЫХ ОТБОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РЕЗЕРВНОЙ МОЩНОСТИ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ТУРБОАГРЕГАТОВ
Канд. техн. наук КАЧАН С. А., инж. БАРАНОВСКИЙ И. Н
Белорусский национальный технический университет, БелНИПИэнергопром
Теплофикационные паротурбинные установки составляют около половины установленной мощности Белорусской энергосистемы. В таких условиях актуальным является исследование возможности использования «скрытых» вращающихся резервов этих установок.
Сокращение нагрузки отопительных отборов позволяет получать дополнительную (резервную) мощность до 10-18 % номинальной [1]. Скорость повышения мощности таким способом может быть достаточно высокой [1], что является важным условием привлечения установок к аварийному регулированию.
При ограничении нагрузки теплофикационных отборов турбин ТЭЦ необходимо компенсировать снижение отпуска теплоты потребителю (например, в период работы пиковых источников теплоты - форсированием пиковых водогрейных котлов). По мнению ряда авторов [2, 3], временное уменьшение подачи пара на теплофикацию не должно привести к существенным нарушениям в работе систем теплоснабжения, так как тепловые сети обладают большой аккумулирующей способностью и тепловой инерционностью.
Аккумулирование теплоты происходит в основном в абонентских установках (строительных конструкциях, отопительных системах зданий) и водяных тепловых сетях. Совместное воздействие подающей и обратной магистралей существенно (на 1-2 ч и более) замедляет темп охлаждения зданий [4].
Водяной объем тепловых сетей больших диаметров, достигающий нередко 40 тыс. м и более, позволяет аккумулировать в них значительное количество теплоты, которого может быть достаточно для 3-4-часовой (а иногда и больше) нормальной работы всей теплофикационной системы [2]. При этом отметим, что в большинстве случаев достаточно ограничивать потребителей только на время, в течение которого котельные агрегаты перейдут на новую нагрузку.
Естественно, использование аккумулированной теплоты снижает температуру воды в системе. Соответственно при появлении на ТЭЦ свободной тепловой мощности необходимо временно повысить температурный уровень сети.
Отметим, что также есть и аргументы против применения снижения отпуска теплоты. Например, в [5] отмечается, что частые колебания температуры сетевой воды даже в относительно небольших пределах (15-25 °С) снижают надежность и долговечность работы тепловых сетей, а в [6], что общественные, коммунальные и промышленные здания, присоединенные к тепловым сетям ТЭЦ, могут иметь значительные вентиляционные нагрузки. Вентиляционные системы, как известно, не обладают тепловой инерцией, а потому не допускают перерывов в теплоснабжении.
Однако представляется, что в аварийных ситуациях эти возражения не являются решающими. В любом случае использование аккумулирующей способности зданий допускается только в пределах, при которых внутри отапливаемых зданий соблюдаются комфортные условия, т. е. температура внутри помещения tвн не должна снижаться ниже 17-20 °С [7].
Определение величины понижения температуры внутри помещений при уменьшении температуры прямой сетевой воды является достаточно сложной и неоднозначной задачей.
Влияющими факторами являются не только значение температуры наружного воздуха но и:
• аккумулирующая способность теплосетей, значение которой определяется их протяженностью, способом прокладки, диаметром трубопроводов и пр.;
• аккумулирующая способность зданий, определяемая не только типом здания, конструктивными особенностями его изоляции, но также геометрическими размерами и формой;
• наличие в помещениях источников тепловыделения;
• метеорологические условия (величина солнечной инсоляции, сила и направление ветра и пр.).
Эти факторы могут существенно различаться для разных потребителей теплоты, которые соответственно будут находиться в различных условиях.
Ожидаемая внутренняя температура в отапливаемых зданиях при использовании их аккумулирующей способности, т. е. при режимах, когда подвод теплоты не равен тепловым потерям, может быть определен по формуле [7]
_+ о.+С - С - о
^ ^ + д0¥ г2/в ,
где - допустимая температура внутри помещения, которая устанавливается в помещении через 2, ч, после нарушения нормального теплового ре-
жима, °С; ¿ИГ - внутренняя температура, которая была в помещении в момент нарушения теплового режима, °С; ¿нв - средняя температура наружного воздуха за период нарушения, т. е. за г, ч; Q0 - подача теплоты в помещение, МВт; V - объем здания по наружному обмеру, м3; д0 - удельные теплопотери здания, Вт/(м3-°С); е - основание натуральных логарифмов (е = 2,718...); в - коэффициент аккумуляции здания, ч.
Представим относительный расход теплоты на отопление в виде
о _ а
</о>7(с - '„.)
Тогда значение относительного расхода теплоты на отопление, при котором с учетом аккумулирующей способности здания температура внутри
помещения ¿вн снизится на 1 °С от исходной ¿^Г, можно рассчитать по
формуле
а_ (М -1) -Ме~21в 0 _ Мф - е^) ,
А .¿исх V
где М = ¿вн - ¿нв.
Найденные при в = 40, ¿^Г = 18 °С и М = 1 °С по этой формуле значения г, соответствующие разной величине 0', приведены в табл. 1 и на рис. 1.
Таблица 1
Время г снижения температуры внутри помещения на 1 °С в зависимости от относительного расхода теплоты на отопление и наружной температуры
. ос 0' = 0,8 0' = 0,7 а'=0,5
-25 5 ч 3,2 ч 1,8 ч
-20 5,7 ч 3,7 ч 2,2 ч
-15 6,5 ч 4,2 ч 2,5 ч
-10 7,9 ч 5,1 ч 3,0 ч
-5 9,9 ч 6,2 ч 3,7 ч
0 Более 12 ч 8,2 ч 4,7 ч
5 11,8 ч 6,7 ч
Как видно, в зависимости от температуры наружного воздуха время, в течение которого при относительном расходе теплоты на отопление 80 % температура внутри помещений снижается всего на 1 °С, может быть весьма значительным.
По данным [2], суммарная инерционность теплофикационных систем несколько ниже и позволяет снизить подачу теплоты из отборов турбин ТЭЦ примерно на 20 % на 2-3 ч без нарушения нормируемых условий комфортности зданий.
Отметим, что снижение отпуска теплоты на 20 % соответствует уменьшению температуры сетевой воды в среднем 10-16 °С и увеличению электрической мощности турбины на 1 -12 МВт в зависимости от типа установки и ее исходной нагрузки. Так, по данным нормативных энергетических характеристик теплофикационных турбоагрегатов, при нормальном состоянии их про-
точной части за счет ограничения отпуска теплоты можно получить дополнительную электрическую мощность в размере около 0,03-0,05 МВтч/ГДж.
б'
0:
0:
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0
часы
Рис. 1. Относительный расход теплоты на отопление, при котором температура внутри помещения снижается на 1 °С за время г в зависимости от температуры наружного воздуха Гнв
В целом по станции, на которой эксплуатируются мощные теплофикационные турбоустановки типа Т-180-130 или Т-250-240, это соответствует получению до 10-35 МВт резервной мощности.
В Ы В О Д
Хотя из условия поддержания надежности работы оборудования ограничение нагрузки отопительных отборов не должно регулярно использоваться, этот способ получения дополнительной электрической мощности может рассматриваться в качестве вращающегося резерва энергосистемы в непредвиденных или аварийных ситуациях.
Л И Т Е Р А Т У Р А
0
1. К а ч а н, С. А. К вопросу использования резерва мощности теплофикационных тур-боустановок / С. А. Качан, И. Н. Барановский // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). - 2008. - № 6. - С. 80-86.
2. Б е л и н с к и й, С. Я. Исследование процессов аккумулирования тепла в системах теплофикации / С. Я. Белинский, Р. С. Харазян // Электрические станции. - 1972. - № 8. -С. 37-40.
3. Б е л и н с к и й, С. Я. Натурные исследования теплоаккумулирующей способности типовых жилых зданий / С. Я. Белинский, Р. С. Харазян // Теплоэнергетика. - 1971. -№ 10. - С. 17-20.
4. Я к о в л е в, Б. В. Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения / Б. В. Яковлев. - Минск: Адукацыя [ выхаванне, 2002. - 448 с.
5. Ф а к т о р о в и ч, М. Г. Проблемы покрытия переменных электрических нагрузок в энергосистемах / М. Г. Факторович. - Минск: Наука и техника, 1965.
6. Г е л ь т м а н, А. Э. Анализ эффективности использования ТЭЦ для покрытия пиковых электрических нагрузок / А. Э. Гельтман, Н. И. Шапиро // Теплоэнергетика. - 1968. -№ 2. - С. 51-55.
7. С о к о л о в, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: учеб. для вузов / Е. Я. Соколов. -М.: Энергоиздат, 1982. - 360 с.
Представлена кафедрой ТЭС Поступила 08.08.2008
