Введение к работе
Актуальность темы. Разработка методов анализа тепловой экономичности ТЭС и совершенствование технологии проектирования энергетических объектов на основе ее компьютеризации не в меньшей степени, чем применение новых материалов и более высоких начальных параметров, способствует дальнейшему развитию теплоэнергетики, получению экономичных, надежных и экологически чистых решений.
Выбор наиболее перспективных проектных решений при проектировании новых или модернизации существующих ТЭС во многом зависит от применяемых методов анализа тепловой экономичности.
Высокая тепловая экономичность проектного варианта способствует решению задачи энергосбережения и защиты окружающей среды. .
Все большее число исследователей приходит к выводу об ошибочности теплового анализа и оптимизации отдельно взятого объекта без учета его влияния на общие показатели ТЭС. Последнее относится к испарительным установкам ТЭС, к системам пароснабжения, отопления и вентиляции главных корпусов и другим теплоэнергетическим объектам ТЭС. Решение таких задач для реальных тепловых схем наиболее целесообразно проводить на основе единых методических принципов, базирующихся на термодинамических категориях и обобщающих накопленный опыт анализа реальных тепловых схем.
Характерной особенностью отечественной энергетики является значительная доля теплоэлектроцентралей в общем балансе энергогенерирующих мощностей. Большая продолжительность работы турбоустановок ТЭЦ в теплофикационных режимах должна учитываться в приемах и методах анализа структурных изменений в тепловых схемах.
Результаты сопоставления тепловой экономичности проектных решений являются основой для проведения технико-экономического обоснования предлагаемого к реализации проектного варианта. Во многих случаях лучшее по тепловой экономичности проектное решение соответствует и наиболее эффективному варианту технико-экономических расчетов.
Большую важность и актуальность в последние десятилетия приобрели вопросы проектирования испарительных установок ТЭС, так как на их основе решается проблема создания ТЭС с сокращенными стоками.
Принятие рационального проектного решения возможно только на основе комплексного анализа как тепловой экономичности испарительной установки (блочной или автономной) так и влияния схемы ее включения на тепловую экономичность ТЭС в целом.
Все изложенное выше говорит о том, что развитие известных и создание новых методов анализа тепловой экономичности от изменений, вносимых в реальные тепловые схемы, как на стадии предпроектных разработок новых ТЭС, так и ни стадии оценки вариантов модернизации существующих ТЭС, является и будет оставаться актуальной проблемой теплоэнергетики.
Техническое совершенство принимаемых к реализации проектных решений зависит от технологии проектирования, наличия и возможностей программно-технического обеспечения.
Особое внимание в настоящее время начинает уделяться проблеме сквозной компьютеризации проектирования.
Технология проектирования ТЭС чрезвычайно сложна. Она охватывает не только достаточно далекие друг от друга области знаний, но и связывает друг с другом на правовом, организационном и производсвенном уровне целый ряд, организаций и заводов, участвующих в процессе проектирования. Исследования технологии проектирования ТЭС на современном этапе носят отрывочный характер и чаще всего затрагивают частные вопросы совершенстврвания отдельных этапов проектирования. Между тем оснащение проектных организаций локальными вычислительными сетями ПЭВМ с развитой периферией (графопостроители, сканеры и тд.) оказывает существенное влияние на эволюцию технологии проектирования.
При этом важное значение приобретают способы формального представления технологии проектирования; ТЭС, критерии оценки ее отдельных этапов и программно-технических комплексов, а также выбор основных направлений разработки программного обеспечения, отвечающего специфике проектирования . ТЭС. В отличие от машиностроения при проектировании ТЭС доля программных продуктов, основанных на параметрическом задании объекта, значительно ниже, а доля задач расчетного обоснования нетипового решения выше. Значительно выше потребность разработки специальных программных средств ведения проектной документации (чертежей, описей, спецификаций) как с целью контроля за ходом проектирования, так и с целью использования в процессе проектирования повторяющихся элементов ранее полученного решения.
Разработка научно-обоснованного подхода к решению поставленных задач, их решение на примерах не исследованных областей анализа реальных тепловых схем КЭС, ТЭЦ, ПГУ, а также создание методов оценки технологии проектирования объектов ТЭС и эффективности ее компьютеризации, практической разработки и реализации ряда программных пакетов по проектированию, отражающих основные направления развития программного обеспечения, составляют предмет настоящей работы, которая, по мнению автора,. может быть квалифицирована как теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы энергетики, имеющей важное народохозяйственное значение.
Цель работы - создание методов анализа реальных тепловых схем КЭС и ТЭЦ для оценки новых проектно-технических решений, алгоритмов расчета и выбора оптимальных схем и состава теплоэнергетического оборудования, программных комплексов по проектированию объектов ТЭС и критериев оценки эффективности их внедрения в технологию проектирования.
Научная новизна:
1.Разработаны и апробированы в практике проектирования новые методы анализа, расчета и оптимизации объектов ТЭС, ориентированные на создание программных комплексов для'проектных институтов, существенно расширяющие возможности анализа, синтеза, архивации и графической интерпретации технических решений.
2. Разработан метод коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении, позволяющий описывать зависимость тепловой экономичности от изменений, вносимых в схемы теплофикационных турбоустановок в режимах их работы с минимальным пропуском пара в конденсатор.
З.Разработаны новые приемы и методы анализа тепловых схем на основе энергетических коэффициентов, расширяющие границы их применения, учитывающие режимы работы турбоустановок при решении ряда задач выбора технических решений по схемам отпуска пара и его охлаждения, по схемам включения блочных и автономных испарительных установок на КЭС, ТЭЦ и ПТУ, по схемам регенеративного нагрева воды в ПТУ.
4.Разработаны новые обобщенные аналитические методы расчета различных испарительных установок поверхностного типа, на основе которых дан анализ их производительности в зависимости от режимов работы турбоагрегатов КЭС и ТЭЦ, выполнен выбор оптимальных схем, параметров и типоразмеров оборудования испарительных установок для широкого спектра исходных условий проектирования; созданы алгоритмы инженерных расчетов, обеспечивающие анализ и синтез проектных решений при реализации их на программном уровне.
Б.Предложена формализация представления технологии проектирования ТЭС на основе теории графов для описания взаимосвязанных сетей программно-технических комплексов, информационных и организационных сетей, на базе которой получены критерии сложности и трудоемкости технологии проектирования, обеспечивающие оценку эффективности внедрения программно-технических комплексов.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
1. Разработанный и изложенный в примерах метод коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении открывает новые возможности для инженерных методов оценки эффективности изменений, вносимых в тепловые схемы теплофикационных турбоустановок, дополняет существующие методы коэффициентов ценности тепла и коэффициентов изменения мощности при расчете суммарного годового эффекта, учитывающего режимы работы турбоустановок ТЭЦ.
2.Предложенный метод оценки тепловой экономичности схем отпуска пара потребителям и результаты расчетов, выполненные на его основе, позволили выработать рекомендации по выбору рациональных проектных решений пароснабжения.
З.Полученные результаты расчетных и опытных исследований по повышению эффективности использования тепловыделений оборудования в основном цикле производства тепловой и электрической энергии, использованы при разработке и реконструкции схем подогрева воздуха в системах отопления и вентиляции главных корпусов ТЭС.
4. Результаты исследований, выполненные на основе разработанных методов расчета, анализа и оптимизации испарительных установок представлены в виде обобщающих номограмм, повышают эффективность выбора проектного решения. Созданные на основе этих методов и внедренные в проектные институты программные пакеты обеспечивают проведение анализа и синтеза проектного решения.
5.Разработаны новые схемы испарительных установок для ТЭЦ, защищенные авторскими свидетельствами N594056, 958664, 964200, 1106911, 1671910.
б.Разработан и реализован способ компьютерного макетирования и анимационного представления зданий и сооружений ТЭС.
7. Создано и внедрено в практику проектирования инструментальное программное средство для ведения текстовой и графической проектной документации, обеспечивающее работу в локальной вычислительной сети.
Реализация результатов работы. Результаты расчетов по анализу тепловой экономичности схем включения и оптимизации испарительных установок использованы ВНИПИЭнергопромом для технико-экономического обоснования областей применения термических методов водоподготовки и нашли отражение в действующих нормах проектирования тепловых электрических станций.
Методы расчета и оптимизации испарительных установок и созданные на их основе прикладные программные пакеты использованы при проектировании испарительных установок ТЭЦ Тобольского НХК, ТЭС "Рамин"(Иран), ТЭС "Понтианак" (Индонезия), в техническом предложении по схеме многоступенчатой испарительной установки для газлифтной компрессорной станции Семанского месторождения нефти. ... Результаты натурных и расчетных исследований систем отопления и вентиляции главных корпусов ТЭС использованы при реконструкции систем вентиляции главных корпусов Костромской и Киришской ГРЭС, а также в технических предложениях по реконструкции систем вентиляции Ириклинской ГРЭС, Калининской ТЭЦ-4 и Барнаульской ТЭЦ-2. , Разработанный способ компьютерного макетирования и анимационного представления зданий и сооружений ТЭС применен в АО Зарубежэнергопроект в тендерном проекте ТЭС "Арак" (Иран).
Разработанные под руководством автора прикладные программные пакеты по проектированию элементов ТЭС внедрены в практику проектирования АО Зарубежэнергопроект.
В 1989 году технический проект малоотходной ТЭС на основе ПГУ с многоступенчатой испарительной установкой, в разработке которого автор принимал непосредственное участие, отмечен премией Государственного комитета по науке и технике СССР.
Достоверность результатов, получаемых при использовании математических моделей расчета блочных испарительных установок, подтверждается результатами испытаний, выполненных на Сургутской ГРЭС-2 (1990г.) и на ТЭЦ-21 Мосэнерго (1976г.), а математических моделей МИУ, опытными данными, полученными в исследовательских и наладочных организациях.
Автор защищает:
1.Новый подход к разработке методов, анализа, расчета и оптимизации проектируемых объектов ТЭС, заключающийся в их алгоритмизации, ориентированной на создание программных комплексов для проектных институтов, отличающийся существенно более широкими возможностями
анализа, синтеза, архивации и графической интерпретации получаемых проектных решений.
2.Метод коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении для анализа изменений в тепловых схемах теплофикационных турбоагрегатов.
З.Методы и результаты оценки тепловой экономичности схем отпуска пара внешнему потребителю, эффективности возможных и существующих систем охлаждения пара в РОУ, охлаждения впрыском в промежуточном пароперегревателе.
4.Новые обобщенные аналитические методы расчета и оптимизации испарительных установок поверхностного типа и их схемы для КЭС, ТЭЦ, ПТУ, алгоритмы и программные комплексы по их проектированию, приближенный метод оценки изменений в схемах многоступенчатых испарительных установок.
5. Способы, принципы компьютерного макетирования зданий и сооружений ТЭС, построения инструментальных средств для ведения проектной документации и прикладных программных комплексов по проектированию объектов ТЭС.
б.Критерии оценки сложности и трудоемкости технологии проектирования ТЭС, на основе ее формального представления в виде взаимосвязанных сетей программно-технических комплексов, организационных и информационных сетей.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на следующих международных, всесоюзных, республиканских и региональных конференциях и семинарах:
-всесоюзном совещании "Использование морских и солоноватых вод на ТЭС и задачи научных исследований"(г.Баку, 1976);
-итоговых научно-технических конференциях ИГЭУ (ИЭИ) (г.Иваново, 1974, 1975, 1976, 1977, 1979);
-всесоюзном совещании "Термические методы обработки воды на ТЭС и задачи научных исследований" (г.Челябинск, 1977);
-всесоюзном совещании "Пути развития водоподготовки и водной химии в тешюэнергетике"(г.Челябинск, 1980);
-межвузовском научно-техническом семинаре "Использование ЭВМ в учебном процессе и в научных исследованиях" (Иваново, 1989);
-межвузовском семинаре "Проблемы повышения эффективности проектируемых теплоэнергетических установок и энергосбережения" (г.Саратов, 1989);
-региональной научна-технической конференции "Компьютерная технология в учебном процессе высшей школы"(г.Челябинск, 1989);
-всесоюзной научно-технической конференции "Научные основы создания энергосберегающей техники и технологии" (Москва, 1990);
-международных и всесоюзных научно-технических конференциях "Состояние и перрспективы развития электротехнологии" (Бернардосовские чтения, г.Иваново, 1981, 1989, 1994);
-республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике" (г.Иваново, 1991);
-международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (г.Москва, 1991).
Основные положения и выводы по отдельным разделам работы докладывались и обсуждались также на научно-технических и научно-методических семинарах в следующих организациях: Костромская ГРЭС (1975, 1980); Аннабинский университет (Алжир,1985); ИГЭУ (кафедра ТЭС, теплоэнергетический факультет, 1993, 1995); НижневартовскНШШНЕФТЬ (1989,1990); АО Зарубежэнергопроект (1994), МЭИ (кафедра ТЭС, 1996).
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами и основными научными направлениями Ивановского государственного энергетического университета в рамках комплексной научной программы Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда" (1986-1990гг.), а также в рамках программы "Перспективные информационные технологии в высшем образовании" (1991-1994гг.) по направлению "Автоматизация проектирования".
Публикации. Содержание диссертации нашло отражение в 79 печатных работах автора, в том числе в 1 монографии, 37 статьях, 3 учебных пособиях, 5 авторских свидетельствах на изобретения, 8 информационных листках ЦНТИ, 11 тезисах докладов международных и всесоюзных научно-технических конференций и совещаний, в 14 тезисах докладов республиканских конференций и научно-технических конференций ИГЭУ (ИЭИ). Содержание работы отражено также в 23 отчетах НИР, в выполнении которых автор принимал непосредственное участие.
Структура и объем диссертации. Работа включает введение, семь глав, заключение, список литературы и приложения, содержащие отдельные результаты разработок и материалы, относящиеся к внедрению результатов.
