Введение к работе
Актуальность работы. ТЭЦ входит в состав комплекса теплоснабжения, включающего: производителя, поставщика, потребителя энергии. Следует отметить, что в роли поставщика выступают тепловые сети, износ которых, в некоторых случаях, может достигать 70 % и более. В таких условиях, на работу ТЭЦ, сильно влияет эффективность передачи и распределения энергии. Повышение эффективности производства всегда являлось приоритетным направлением исследования в энергетике. Повышением экономичности ТЭЦ, путем оптимизации режимов работ и оптимизации тепловой схемы, посвящено значительное количество трудов таких авторов как Андрющенко А.И., Клер A.M., Хлебалин Ю.М., Боровков В.М., Шарапов В.И. и др. Спад производства в 90-х гг. прошлого века серьезно отразился на развитии отрасли. Новые технологии, разрабатываемые различными организациями, с трудом находили применение на энергетических предприятиях. Между тем, переход на рыночные отношения и политизированное регулирование тарифов не позволяют производить обновление производственных фондов. Оборудование, используемое на станциях, зачастую выработало свой парковый ресурс, морально и физически устарело. В такой тяжелой ситуации необходимо искать возможности по увеличению эффективности производства, при малых капитальных вложениях. Кроме того, в РД 153-34.0-09.163-00 отмечается необходимость анализа оптимальности тепловой схемы, направленное на увеличение ее экономичности и разработки предложений по оптимизации распределения нагрузок, причем отмечено, что для этой цели целесообразно применение компьютерных программ.
Поэтому исследование, направленное на разработку малозатратных методов оптимизации режимов и потокораспределения на ТЭЦ, является актуальным.
Целью работы ставилось разработать малозатратные методы оптимизации режимов и потокораспределения на ТЭЦ.
Для решения поставленной цели решались следующие задачи исследования:
Разработать модель расчета реальной тепловой схемы ТЭЦ, учитывающую переменный режим работы теплофикационной турбины и дросселирование в регулирующих органах регулируемых отборов, адаптированную к циклическим вычислениям.
Разработать методику оптимизации позволяющую находить оптимальные значения с минимальной затратой времени, с применением разрабатываемой модели расчета тепловой схемы.
Разработать программный комплекс позволяющий: исследовать различные режимы работы турбины с изменением структуры тепловой схемы; исследовать широкий диапазон тепловых и электрических нагрузок; определять технико-экономические показатели задаваемого режима; производить оптимизацию режимов работы ТЭЦ.
Разработать малозатратные методы повышения эффективности производства энергии на ТЭЦ путем оптимизации тепловой схемы.
Определить целесообразность применения оптимизации режимов работы ТЭЦ и оптимизации ее тепловой схемы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработан принцип расчета тепловой схемы, основанный на декомпозиции последовательности расчета, позволяющий повысить надежность циклических вычислений.
Разработана модель поиска оптимального распределения нагрузок между турбоагрегатами ТЭЦ, позволяющая, за счет разбиения тепловой нагрузки турбины на области и расчета в несколько этапов, находить с высокой скоростью оптимальное распределение нагрузок между оборудованием.
Разработаны тепловые схемы, позволяющие повысить эффективность использования топлива при производстве энергии турбинами.
4. Предложены способы повышения эффективности производства
энергии на низкоэкономичном оборудовании, путем перераспределения
потоков пара теплофикационного отбора, за счет изменения компоновки тепловой схемы.
5. Предложен способ повышения эффективности использования низкопотенциального тепла двух турбин одновременно, путем установки дополнительного теплообменника и перераспределении энергетических потоков между турбинами.
Достоверность результатов и выводов обеспечивается корректным использованием применяемого математического аппарата, сопоставлением составленной модели с эксплуатационными данными, а так же использованием при оценке инвестиционной привлекательности рекомендаций утвержденных Госстроем России.
Практическая ценность:
Создана модель ускоренного поиска оптимального распределения нагрузок, реализованная в программе для ЭВМ, которая может быть применена практически к любой ТЭЦ и надстроена в других программах.
Предложенные тепловые схемы могут быть использованы, как на вновь вводимых, так и на существующих объектах.
Доказана эффективность перераспределения энергетических потоков между оборудованием, на основе которой могут быть разработаны мероприятия, повышающие экономичность производства энергии.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Модель поиска оптимального распределения нагрузок, основанная
на ее декомпозиции, позволяющая с высокой скоростью находить опти
мальное распределение нагрузок между оборудованием.
Методы оптимизации потокораспределения теплоносителя, для повышения эффективности производства энергии турбинами, основанные на перераспределении потоков теплоносителя.
Способ повышения эффективности производства энергии на ТЭЦ путем оптимизации использования низкопотенциального тепла, основанного на перераспределении энергетических потоков между оборудованием.
Апробация работы. Основные методологические положения и результаты исследований, по теме диссертации, докладывались и обсуждались на конференциях: Энергетика в современном мире: Всероссийской научно-практической конференции (Чита 2009); Кулагинские чтения: IX Всероссийской научно-практической конференции (ЧитГУ, Чита 2009); 52-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (МФТИ, Москва 2009); IX Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям «Математическое моделирование и информационные технологии» (Иркутск 2010); XIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы: Фундаментальные исследования и инновации в технических университетах (СПбГПУ, Санкт-Петербург 2010); Международном техническом конгрессе: Энергетика в глобальном мире (СФУ, Красноярск 2010), Объединенном симпозиуме, приуроченному к 50-летнему Юбилею Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (Иркутск 2010).
Личный вклад автора состоял в: постановке задачи исследования; разработке методических основ расчета тепловой схемы (ПТС); создание на основе разработанной модели компьютерной программы; вычислительных экспериментах и обработке результатов; разработке технических решений и подаче заявок на получение патента; анализе эффективности предлагаемых технических решений.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ из них 4 в изданиях рекомендованных ВАК. Получено 1 свидетельство о регистрации программ, 1 патент на полезную модель. Получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников. Содержит 129 страниц машинописного текста, 21 рисунок, 34 таблицы и библиографию из 97 источников.
