CC BY
55
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Л ы к о в А. В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 472 с.
2. Б е л о п о л ь с к и й М. С. Кинетика объемно-напряженного состояния и растрескивания керамических изделий в процессе сушки // Стройкерамика: Тр. НИИ. - М.: Госстрой-издат, 1959. - Вып. 14. - С. 79-98.
3. Ж у к о в В. В. Теоретические основы и практика скоростной сушки кирпича-сырца / Сушка керамических изделий. -М.: Профиздат, 1958. - С. 133-159.
4. Л е б е д е в П. Д. Сушка инфракрасными лучами. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1955. -232 с.
5. Ч и ж с к и й А. Ф. Сушка керамических материалов и изделий. - М.: Стройиздат, 1971.-177 с.
6. С ы ч е в с к и й В. А. Применение численных методов в решении задач взаимосвязанного тепломассопереноса и преобразования структуры в легкодеформируемых природных системах // ИФЖ. - 1999. - Т. 72, № 3. - С. 429-433.
7. С м о л я к о в а З. А. Определение оптимального режима сушки кирпича по его структурно-механическим свойствам // Сушка керамических изделий. - М.: Профиздат, 1958.-С. 34-50.
8. К о в а л е н к о А. Д. Основы термоупругости. - Киев: Наук. думка, 1970. - 308 с.
9. О с и п о в С. Н., Ка л и н и ч е с к о Е. М. Использование некоторых закономерностей термоупругости для оценки условий трещинообразования в начальном периоде сушки изделий и строительной керамики // Сборник трудов НИПТИС. - Мн., 1998. - С. 177-189.
10. О с и п о в С. Н. Особенности тепломассообмена в начальном периоде сушки керамических масс, приводящие к трещинообразованию // Тепломассообмен: IV Минский международный форум. - ММФ, 2000. - Т. 9. - С. 171-174.
11. Н и ч и п о р е н к о С. П. Физико-химическая механика дисперсных структур в технологии строительной керамики. - Киев: Наук. думка, 1968. - 76 с.
12. О п е к у н о в В. В. Конструкционно-теплоизоляционые строительные материалы на активированном сырье. - Киев: НАН Украины, 2001. - 208 с.
13. А р у т ю н о в В. С., К и р ю х и н Г. Н., Ю м а ш е в В. М. Повышение качества верхних слоев асфальтобетонных покрытий // Строительство и эксплуатация автомобильных дорог и мостов. - Мн.: Изд-во РУП «БелдорНИИ», 2001. - С. 74-79.
Представлена кафедрой теплогазоснабжения и вентиляции Поступила 9.09.2004
УДК 621.311.22
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЭЦ БЕЗ РАЗДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ПО ВИДАМ ПРОДУКЦИИ
Доктора техн. наук, профессора ПИИР А. Э., КУНТЫШ В. Б.
Архангельский государственный технический университет, Белорусский государственный технологический университет
Благодаря рациональной энергетической политике, учитывающей климатические условия России, доля ТЭЦ среди генерирующих мощностей тепловых электростанций превышает 30 %. В 1990 г. комбинированное производство теплоты и электроэнергии обеспечивало экономию 45 млн т у. т., или 12 % общего потребления топлива всеми электростанциями Минэнерго Российской Федерации [1].
64
При рыночных условиях хозяйствования в России наметилась тенденция отказа ряда потребителей от продукции ТЭЦ. Вызвана она величиной тарифов на теплоту и электроэнергию, исчисленной согласно официальным методическим указаниям.
Все апробированные методики вычисления тарифов были основаны на условном разделе общего расхода топлива, технологического оборудования и производственных затрат на отпущенную теплоту и электроэнергию. Несмотря на сложность и трудоемкость вычислений, ни один из этих методов (физический, эксергетический, компромиссный ОРГРЭС) не позволил на основе рассчитанной себестоимости сформировать тарифы, гарантирующие производителю сбыт продукции в условиях конкуренции.
Термодинамический анализ преобразования теплоты на ТЭЦ [2] показал, а эксергетические расчеты подтвердили [3], что при одинаковых начальных параметрах пара на ТЭЦ и КЭС эффективность выработки электроэнергии практически одинакова. Для теплофикационных турбогенераторов Т-250-240, ПТ-140/165 и конденсационной турбоустановки К-300-240 удельные расходы условного топлива составляют 320... .. .325 г/(кВт-ч), а различие обусловлено разницей в КПД турбин.
Экономии топлива ТЭЦ обязана обратимой трансформации теплоты свежего пара в теплоту низкого потенциала с помощью турбин и электрогенераторов при попутной выработке электроэнергии [4]. Отношение отпущенной потребителю Qп и затраченной Qз теплоты представляет собой коэффициент трансформации
где Тв, Тн, То - температура насыщения свежего пара, пара из отбора турбины, пара в конденсаторе, К.
Таким образом, теплофикационный цикл Ренкина служит понизительным термотрансформатором, который действует за счет источника теплоты высокого потенциала и совершает при этом полезную работу. При давлении свежего пара 13 МПа на ТЭЦ коэффициенты трансформации теплоты составляют [4] 1,43 - для пара из производственного отбора с давлением 1,3 МПа и 2,43 - для пара из отопительного отбора с давлением 0,12 МПа, а действительные удельные расходы условного топлива на выработку электроэнергии, пара в производственном и отопительном отборах, вычисленные по термодинамической методике [4], соответственно равны 356 г/(кВт-ч); 0,0273 и 0,016 г/кДж (т. е. 80 и 47 % физического эквивалента теплоты условного топлива).
Комбинированную установку ТЭЦ можно рассматривать как генератор эксергии, которая отпускается потребителям потоками различных энергоносителей: пара, горячей воды и электронов. Подобный подход позволяет предельно упростить оценку эффективности установок с комбинированной выработкой и выявить их преимущества по сравнению с установками, использующими иные технологические схемы и термодинамические циклы.
Эксергетическая мощность теплофикационных установок заметно превышает их номинальную электрическую мощность. Она может быть вычислена как отношение расхода свежего пара к удельному расходу пара
(1)
при выработке электроэнергии в конденсационном режиме. В номинальном режиме работы эксергетическая мощность для турбоагрегатов Т-100-130 составляет 124 МВт, ПТ-50-130/13 - 81 МВт, Р-25-90/31 -80 МВт.
Сопоставление характеристик ТЭЦ и КЭС при одинаковой электрической мощности заведомо неправомерно. Если сравнить удельные капиталовложения в ТЭЦ и КЭС по эксергетической мощности или расходу свежего пара в номинальном режиме работы энергоустановок, то окажется, что промышленно-отопительные ТЭЦ не уступают КЭС большой электрической мощности по такому показателю, как капиталовложения. Удельные затраты на сооружение ТЭЦ, отнесенные к ее паропроизводительности по свежему пару, составляют [5]: 27.33 руб/(кг/ч) - для промышленно-отопительной ТЭЦ без водогрейных котлов и электрической мощностью 160.220 МВт; 32.38 руб/(кг/ч) - с водогрейными котлами и электрической мощностью 320.770 МВт; 39.50 руб/(кг/ч) - для отопительных ТЭЦ 300.1000 МВт с водогрейными котлами и коэффициентом теплофикации 0,5. Удельные затраты на сооружение КЭС 1000.3200 МВт составляют 40.38 руб/(кг/ч) в ценах 1982 г.
Комбинированная выработка в турбоустановке Т-100-130 при коэффициенте теплофикации 0,5 дает экономию топлива до 25 % по сравнению с раздельной выработкой теплоты в водогрейных котлах и электроэнергии -в турбоустановке К-100-130. Повышение коэффициента теплофикации до 1 при использовании на отопительной ТЭЦ турбоустановок ПТ-50-130/7 позволила бы достичь максимальной экономии топлива до 32,5 %.
Приведенные данные показывают, что промышленно-отопительная ТЭЦ средней мощности без водогрейных котлов - не только самый экономичный, но и самый дешевый генератор эксергии. В новых экономических условиях и при дорогом органическом топливе было бы полезно вернуться к вопросу об оптимальной величине коэффициента теплофикации ТЭЦ.
Для оценки совершенства комбинированного процесса ТЭЦ авторы предлагают отказаться от деления расходов топлива, оборудования и производственных затрат по видам продукции, поскольку с технологической точки зрения энергетические котлы, паровые турбины, электрогенераторы и трансформаторы являются такими же атрибутами для выработки низкопотенциальной теплоты, как сетевые насосы и сетевые подогреватели.
Определить удельные расходы условного топлива и себестоимости продукции можно исходя из самых общих термодинамических представлений без привлечения дополнительных условий и специальных понятий, таких как эксергия или коэффициент ценности теплоты.
Максимальное количество энергии (эксергии) Ж, кДж, которое может быть получено при сжигании В кг топлива в энергетических котлах, определяется общим КПД ТЭЦ по выработке электроэнергии пэ в конденсационном режиме (или же КПД КЭС с теми же, что и ТЭЦ, начальными параметрами пара)
Ж = ^нр, (2)
где - теплота сгорания топлива.
Расход топлива на ТЭЦ связан с отпуском электроэнергии Жэ, кВт-ч, выработкой производственного пара В, т, и горячей воды 0о, кДж, топливной характеристикой паротурбинной установки [4], кг
В = bэWэ + ЬDп + ЬоQо. (3)
Удельные расходы топлива Ьэ, Ьп, Ь0 при планировании работы ТЭЦ могут быть определены из термодинамического расчета. Удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии, кг/(кВт-ч)
0,123
Ьэ =-:-. (4)
з з з з з ° пк°тр°^г эм
Здесь зпк, зтр, зк, з г, Зэм - КПД парового котла, трубопроводов, идеального цикла Ренкина, внутренний КПД цикла, электромеханический турбогенератора.
Удельный расход условного топлива на выработку технологического пара давлением 1,3 МПа в производственном отборе, кг/т
Ь = 143
п = Щ.3 з с ' (5)
^^ пк тр п
где сп - паровой эквивалент теплоты.
Удельный расход условного топлива на выработку пара давлением 0,12 МПа в отопительном отборе, кг/Гкал:
143
Ьт =-, (6)
Щ3пк3тр
где шп.шт - коэффициенты трансформации теплоты.
При анализе работы действующей установки эксплуатационные удельные расходы топлива могут быть получены по отчетным данным о работе ТЭЦ в трех характерных режимах работы путем решения системы из трех уравнений (3).
При этом удельный расход условного топлива Ь.у и общий КПД пэ связаны известным соотношением, кг/(кВт-ч)
Ь = 0123 (7)
Пэ
Баланс энергии комбинированной установки согласно (2) и (3) примет вид, кДж:
W = Пэ Qнр (Ьэ Wэ + ЬПDП + ЬоQо) = Еэ + Еп + Е0, (8)
где Еэ, Еп, Ео - энергоемкость (эксергия) потоков энергоносителей, отпущенных с шин и коллекторов ТЭЦ.
Удельная энергоемкость (удельная эксергия) потоков энергоносителей на единицу отпущенной продукции составит для:
• электроэнергии, кДж/(кВт-ч):
еэ = Еэ/Wэ = ПэЬэ Qнр = 0,123 Qнр = 3600; (9)
• пара из производственного отбора, кДж/т:
бп = Еп/Вп = Пэ6п0нР = еэЬп/Ьэ = 3600Ьп/Ьэ;
(10)
• сетевой воды, кДж/кДж:
ео = Ео/0о = ПэЬо 0нр = еэЬ0/Ьэ = 3600Ь0/Ьэ. (11)
Себестоимость производства энергии (эксергии) на ТЭЦ при необходимых и обоснованных собственных годовых издержках производителя И составит, руб/кДж:
С = И/Ж, (12)
при этом себестоимость энергоносителей, отпущенных с шин и коллекторов ТЭЦ, будет равна:
Сэ = Сеэ, руб/(кВт^ч); Сп = Сеи, руб/т; Со = Сео, руб/кДж. (13)
Тариф на производство энергии на ТЭЦ может быть установлен аналогично определению себестоимости энергии.
Тарифы на продукцию ТЭЦ: электроэнергию тэ, руб/(кВт-ч); пар тп, руб/т; горячую воду то, руб/кДж, призваны компенсировать суммарные годовые затраты производства З плюс прибыль владельцу предприятия Р, размер которой обосновывается и утверждается Региональной энергетической комиссией. Общий доход от реализации продукции составит
ТэЖэ+ ТпЖэ+ ТоЖэ = З + Р. (14)
Зарубежный опыт Германии, Франции, Дании, отечественные исследования [6] показали, что нет необходимости увязывать величину тарифов с себестоимостью продукции. Получатели теплоты от ТЭЦ, для которых она и была сооружена, должны согласиться с тем фактом, что тариф на электроэнергию не может быть выше ее рыночной цены тэ рын. При наличии альтернативных и конкурентных источников на рынке энергопроизводителей с учетом дополнительных условий:
Тэ < Тэ рын (или То < То рын); Тд/То = с^о (15)
определение величины тарифов не представляет трудности.
Использование эксергии как меры ценности производственного пара не вызывает возражений, если пар служит для получения механической работы в молоте, прессе, насосе или воздуходувке. Но сомнения возникают даже у специалистов [7], если пар применяют для тепловых производственных процессов (вулканизация, полимеризация, ректификация, сушка, дистилляция). При этом упускается из виду, что часть эксергии пара затрачивается на преодоление термических сопротивлений теплообмену, а остальная часть - на совершение работы в химическом или физическом процессе, увеличение химического потенциала продукта тепловой обработки, совершения работы выхода и увеличения объема вторичного пара. При нагреве обратной сетевой воды полученная эксергия делает ее снова полезной, улучшая потребительские свойства тем больше, чем выше ее температура.
Основанный на балансе эксергии термодинамический метод позволяет вычислить показатели комбинированной установки также просто, как это имеет место для отопительной котельной или конденсационной электростанции.
В Ы В О Д Ы
1. Предложенная термодинамическая методика расчета удельных расходов теплоты и себестоимости продукции ТЭЦ имеет ясный физический смысл, опирается на общий КПД по выработке электроэнергии в конденсационном режиме и не требует каких-либо особых дополнительных условий.
2. Термодинамическая методика позволяет одинаково легко как прогнозировать показатели работы ТЭЦ, так и оперативно определять их величину в процессе эксплуатации.
3. Термодинамическая методика допускает сравнение эффективности энергоисточников с различными технологическими схемами и основанных на различных термодинамических циклах (конденсационных, теплофикационных, парогазовых и газотурбинных) электростанций без дополнительного приведения их к сопоставимому виду.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. С о к о л о в Е. Я. Развитие теплофикации в России // Энергетик. - 1994. - № 11. -С. 12-20.
2. П и и р А. Э., К у н т ы ш В. Б. Термодинамические закономерности производства тепла и работы в комбинированной установке // Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промпредприятиях и ТЭС: Межвуз. сб. тр. - СПб., 1995. - Ч. 2 -С. 37-44.
3.П у с т о в а л о в Ю. В. К дискуссии о методах распределения затрат на ТЭЦ // Теплоэнергетика. - 1992. - № 9. - С. 48-55.
4. П и и р А. Э., К у н т ы ш В. Б. Термодинамические основы трансформации теплоты на ТЭЦ // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). -2003.-№ 1.-С. 65-72.
5. С о к о л о в Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Энергоиздат, 1982. - 360 с.
6. С р а в н и т е л ь н а я оценка отечественных и зарубежных методов разделения расхода топлива и формирование тарифов на ТЭЦ / Л. С. Хрилев, В. А. Малафеев и др. // Теплоэнергетика. - 2003. - № 4. - С. 45-54.
7. С а з а н о в Б. В., С и т а с В. И. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 304 с.
Представлена кафедрой промышленной теплоэнергетики АГТУ Поступила 16.02.2004
УДК (519.9+518.5):532.54
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЦИРКСИСТЕМЫ ТЭЦ ВОЛЖСКОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ЗАВОДА НА КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ
Канд. техн. наук ДИКОП В. В., инж. БУХТИЯРОВ А. В., канд. техн. наук, доц. КОВАЛЕНКО А. Г., асп. КОТОВ В. В., докт. физ.-мат. наук, проф. КУДИНОВ В. А.
Самарский государственный технический университет, ОАО «Самараэнерго»
Эффективность работы цирксистемы по расходным характеристикам оценивается ее гидравлическим совершенством, от которого зависит не только пропускная способность, но и эксплуатационные расходы и, в частности затраты электроэнергии на перекачку циркводы. Большое число
