Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и проблемы централизованных систем теплоснабжения 12
1.1 Теплофикация как эффективная энерготехнология 12
1.2 Современные проблемы централизованных систем теплоснабжения
1.3 Возможные пути повышения эффективности отечественной теплофикации и централизованных систем теплоснабжения в целом 20
1.4 Использование возобновляемых источников энергии для повышения эффективности производства электрической и тепловой энергии 27
2. Основные направления повышения эффективности и качества работы установок централизованного теплоснабжения 42
2.1. Применение тепловых насосов для нужд теплоснабжения 42
2.2. Комбинированная теплоснабжающая энергетическая установка ... 46
3. Методика расчета режимов работы комбинированной теплоснабжающей установки 55
3.1. Постановка задачи
3.2. Определение тепловых потерь с поверхностей отапливаемых зданий с учетом влияния скорости ветра 57
3.3. Методика расчета комбинированной теплоснабжающей установки 58
3.3.1. Исходные данные 58
3.3.2. Расчет количества теплопотребления по заданному температурному графику и определение зависимости тепловых потерь от скорости ветра 58
3.3.3. Тепловой расчет комбинированной теплоснабжающей установки 59
3.4. Расчет режимов работы комбинированной теплоснабжающей установки при различных схемах включениях на теплоэлектроцентрали 65
3.4.1 Исходные данные 65
3.4.2 Расчет режимов работы комбинированной теплоснабжающей установки при подогреве обратной сетевой воды 68
3.4.3 Расчет режимов работы комбинированной теплоснабжающей установки при подогреве прямой сетевой воды 73
4. Эксергетический анализ работы комбинированной теплоснабжающей установки в системе централизованного теплоснабжения 79
.1 Составление эксергетического баланса и оценка эффективности теплоэлектроцентрали без применения комбинированной тепло снабжающей установки 79
.2 Составление эксергетического баланса и анализ эффективности работы комбинированной теплоснабжающей установки в составе теплоэлектроцентрали при подогреве прямой сетевой воды 85
3 Составление эксергетического баланса и анализ эффективности работы комбинированной теплоснабжающей установки в составе теплоэлектроцентрали при подогреве обратной сетевой воды 90
5. Эффективность применения и оптимальные режимы работы комбинированной теплоснабжающей установки в ситеме централизованного теплоснабжения 100
1. Экономическая целесообразность применения комбинированной теплоснабжающей установки 100
2, Выбор оптимальных режимов работы комбинированной тепло снабжающей установки при совместной работе с теплоэлектроцен тралью при подогреве прямой и обратной сетевой воды 105
Основные результаты и выводы 120
Список используемой литературы
- Современные проблемы централизованных систем теплоснабжения
- Комбинированная теплоснабжающая энергетическая установка
- Определение тепловых потерь с поверхностей отапливаемых зданий с учетом влияния скорости ветра
- Составление эксергетического баланса и анализ эффективности работы комбинированной теплоснабжающей установки в составе теплоэлектроцентрали при подогреве прямой сетевой воды
Введение к работе
Важность и необходимость повышения энергоэффективности хозяйственного комплекса государств в настоящий момент является общемировой задачей. На пути роста энергетики встает ряд проблем, таких как: прогрессирующее загрязнение окружающей среды, ограниченность невозобновляемых источников энергии, повышение цен на энергоносители и др. До 90 % получаемой энергии приходится на органические носители, что приводит к загрязнению воздуха продуктами сжигания и вызывает немалое беспокойство в связи с угрозой изменения климата на планете. Решение данных проблем тесно связано с устойчивым развитием мирового сообщества, и этому уделяется пристальное внимание во многих международных программах, принятых ООН: «Ки-отский протокол», «Повестка дня Хабитат», «Повестка дня на XXI век», и др. В этих документах государствами взяты обязательства по внедрению новых технологий в сектор энергетики для повышения энергоэффективности хозяйственного комплекса и защиты окружающей среды.
В связи с этим нужен ряд мер, охватывающий разнообразные способы альтернативного энергообеспечения. Это могут быть: эффективная энергосберегающая политика, использование возобновляемых источников энергии (энергии ветра, солнца, приливов, геотермальной) и др.
Одним из таких вопросов является повышение эффективности централизованного теплоснабжения. Установлено, что на количество теплопотребления в централизованных системах теплоснабжения значительное влияние оказывает ветер. Ветер является вторым по значимости параметром после наружной температуры воздуха, определяющим количество теплопотребления. С повышением скорости воздушного потока возрастает коэффициент теплопередачи, влияющий на увеличение тепловых потерь от отапливаемых объектов и тепло-носящих магистралей. При создании температурного графика теплоснабжения берётся во внимание один параметр - температура наружного воздуха, что не позволяет получить реальную картину теплопотребления. Поправка на ветер вносится в виде постоянного коэффициента для средней расчетной скорости
ветра в данном регионе. При скорости ветра выше расчетного температура прямой сетевой воды прямопропорциональна только температуре наружного воздуха и дополнительные потери теплоты, вызванные принудительной конвекцией в результате усиления ветра, не учитываются. Ввести поправку в температурный график, учитывающую скорость ветра в реальный момент времени, сложно из-за его переменного характера. Таким образом, необходимо техническое решение, которое бы позволило найти способ регулирования температуры сетевой воды при централизованном отоплении с учетом такого немаловажного параметра как ветер.
В настоящей работе рассмотрен вопрос повышения эффективности централизованного теплоснабжения путём использования оборудования, работающего на альтернативных источниках энергии, а именно тепловых насосов и ветроэнергетических установок. В результате получен метод высококачественного регулирования температуры сетевой воды, учитывающий не только температурные колебания окружающей среды, но и скорость ветра, который является вторым по своему значенгао параметром, влияющий на количество теплопотребления.
Актуальность исследования представленной диссертационной работы заключается в научно-практическом обосновании возможности использования тепловых насосов в качестве энергосберегающих технологий в системах централизованного теплоснабжения. Актуальность выполненных соискателем исследований подтверждена включением их в научно-техническую программу Министерства образования РФ ГУБ НИР 2.15.035 по теме: «Подготовка технической документации наиболее перспективных мероприятий в области энергоресурсосбережения, повышающих экономичность и рабочую мощность Краснодарской ТЭЦ», а также научного направления Кубанского государствешюго технологического университета «Повышение эффективности и надежности энергетических систем и установок», утвержденного ученым советом университета на период 2004 - 2005 г.г.
Цель исследований. Решить вопросы по повышению качества и эффективности централизованного теплоснабжения, путем применения энергетического оборудования, использующего для своей работы вторичные энергоресурсы и возобновляемые источники энергии.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
разработка метода регулирования температуры прямой сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения, учитывающий не только температурные колебания окружающей среды, но и скорость ветра в реальный момент времени;
разработка комбинированной теплоснабжающей установки, позволяющей решить вопросы повышения качества и эффективности централизованного теплоснабжения;
разработка методики расчета эффективности применённого оборудования в системах централизованного теплоснабжения;
определение оптимальных режимов работы комбинированной теплоснабжающей установки в системе централизованного теплоснабжения, включающей в себя тепловой насос и ветроэнергетическую установку;
оценка энергоэффективности применённого оборудования в системах централизованного теплоснабжения с помощью эксергетического метода.
Научна» новизна:
разработан метод регулирования температуры прямой сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения, учитывающий не только температурные колебания окружающей среды, но и скорость ветра в реальный момент времени;
усовершенствованна методика эксергетического анализа работы комбинированной теплоснабжающей установки, позволяющая проводить оценку её различных схем включения в системы централизованного теплоснабжения;
Методы исследования. Поставленные задачи решены с использованием методов математического анализа и современных методов термодинамического анализа: в частности эксергетического.
Достоверность исследований. Достоверность положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обусловлена корректным использованием математического аппарата, применением современных методов термодинамического анализа прямых и обратных циклов, сопоставимость полученных результатов с результатами исследований известных учёных в области энергосберегающих технологий. Основные положения работы, полученные автором, не противоречат опубликованным материалам в области промышленной теплоэнергетики и документально подтверждаются:
разработкой методики оптимизации теплоносителя в системе централизованного теплоснабжения с целью увеличения К.П.Д.;
реализацией предложенного метода регулирования температуры сетевой воды при централизованном теплоснабжении на предприятии филиала ОАО «Южная генерирующая компания ТГК - 8» - «Кубанская генерация».
Теоретическая значимость работы. Полученные автором результаты и методики могут быть использованы проектными и научно-исследовательскими организациями при проектировании новых промышленных теплоэнергетических установок, а также при модернизации уже действующих. Полученные научные результаты являются вкладом в области проектирования энергосберегающего энергетического оборудования. Отдельные разделы работы целесообразно использовать в учебном процессе вузов при подготовке инженеров по специальностям 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика» и 05.14.01 -«Тепловые электрические станции».
Практическая ценность работы. Практическая ценность работы заключается в разработке метода регулирования температуры сетевой воды в централизованных системах теплоснабжения. Это позволяет повысить эффективность системы централизованного теплоснабжения и снизить количество сжигаемого
10 органического топлива на энергогенсрирующих предприятиях. Теоретические разработки нашли практическое применение в ОАО «Южная генерирующая компания ТГК-8» филиале «Кубанская генерация». Подтверждается соответствующими актами о внедрении основных результатов исследования ОАО «Южная генерирующая компания ТГК-8» филиал «Кубанская генерация». Положения выносимые на защиту:
- разработан метод качественного регулирования температуры сетевой
воды в системах централизованного теплоснабжения, учитывающий не толь
ко температурные колебания окружающей среды, но и скорость ветра в ре
альный момент времени;
- усовершенствованна методика эксергетического анализа работы комбинированной теплоснабжающей установки, позволяющая проводить оценку её различных схем включения в системы централизованного теплоснабжения;
разработана методика оптимизации теплоносителя в системе централизованного теплоснабжения с целью увеличения К.П.Д.;
рекомендации по проектированию и применению комбинированной теплоснабжающей установки в системе централизованного теплоснабжения.
Апробация работы. Результаты исследований, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на:
ежегодных научных конференциях КубГТУ (2000-2003 г.);
Южнороссийской научной конференции «ЮРНК-5» «Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки» (г.Краснодар, 7-8 апреля 2005 г.);
V Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности производства электроэнергии» (г.Новочеркасск,26-28 октября 2005г.).
V Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности», (г.Ульяновск, 20-21 апреля, 2006г.)
Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ. Получено 2 патента РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Основной текст изложен на 130 страницах, диссертация содержит 20 рисунков, 23 таблицы, список использованных источников включает 103 наименования.
Современные проблемы централизованных систем теплоснабжения
В настоящее время в России следует выделить целый комплекс основных проблем в области централизованных систем теплоснабжения и теплофикации в частности:
1. Высокий физический износ металла трубопроводов тепловых сетей, не выдерживающий максимальные нагрузки в период понижения температур наружного воздуха до уровня расчетных.
В период понижения температур наружного воздуха до уровня расчетных (наиболее холодных) температур, которые в России могут достигать минус 30 -40С, а в районах Крайнего Севера до минус 50С, необходимо нагревать сетевую воду до температуры 130С и более. При этом физически изношенные трубопроводы тепловых сетей не выдерживают нагрузок и в результате при холится отключать поврежденные участки тепловых сетей с прекращением подачи теплоносителя, то есть прекращать теплоснабжение зданий, присоединенных к указанному участку сети, или снижать температуру прямой сетевой воды, что ведет к следующему: - здания выстывают, температура в помещениях падает, население начинает массово включать различные электронагревательные приборы, а в домах, обеспеченных газом, включают также газовые плиты на обогрев квартир; - растут электрические и газовые нагрузки, что ведет к перегрузу этих сетей, к срабатыванию средств автоматической защиты в электрических и газовых сетях. Вследствие этого здания полностью лишаются энергоснабжения, останавливаются насосы для подачи воды, исчезает освещение и т.д. - рост электрических нагрузок усугубляет ситуацию в сетях внешнего электроснабжения и на тепловых электростанциях;
2. Высокая степень износа теплогенерирующих установок (ТЭЦ и котельных общего пользования) является другой потенциальной причиной срывов в теплоснабжении. И хотя вероятность одновременного выхода из строя сразу всех котлов, питательных, сетевых и подпиточных насосов невелика, а при сохранении циркуляции в сети (даже без нагрева сетевой воды) система теплоснабжения продолжает функционировать за счет использования аккумулирующей способности системы теплоснабжения в целом, включая отапливаемые здания, недооценивать этот фактор нельзя.
3. Высокий уровень повреждениести тепловых сетей и потерь тепловой энергии в тепловых сетях (в настоящее время потери достигают 30%, из них: в магистральных сетях большого диаметра - 5-10%, а остальное - в распределительных сетях малого диаметра). Также необходимо отметить тот факт, что значительное влияние на режимы теплопотребления оказывает ветер. Ветер, как известно, является вторым после наружной температуры воздуха параметром, определяющий объёмы теплопотребления. Безусловно, с повышением скорости воздушного потока возрастает коэффициент теплопередачи, влияющий в нашем случае на увеличение теплопотерь от отапливаемых объектов и теплоносящих магистралей [61]. Основным параметром при создании режимной карты теплоснабжения является температура наружного воздуха, которая не в состоянии учесть реальную картину теплопотребления. Поправка па ветер вносится в виде постоянного коэффициента для средней расчетной скорости ветра в данном регионе. При скоростях ветра выше расчетных задаваемая температура прямой сетевой воды прямопропорциональна только температуре наружного воздуха и не учитывает дополнительные потери теплоты, вызванные принудительной конвекцией в результате усиления ветра. Однако введение поправки в температурный график прямой сетевой воды вызывает ряд затруднений [49]. Это связано с тем, что скорость ветра не постоянна, и может колебаться в широких приделах. Проблема состоит в том, что поневоле население стало играть роль четвертого, в некотором смысле нелегального, диспетчера энергосистемы (первые три «легальных» диспетчера — региональный диспетчерский центр электроэнергетики, диспетчерская служба тепловых сетей, а также диспетчерская служба газовых сетей). При плохом теплоснабжении жилых массивов оно самостоятельно компенсирует недостаток тепла в квартирах путем интенсивного использования электронагревательных приборов и газовых пищеприготовительных плит. Тем самым потребление тепла в быту приобретает смешанный, по виду первичных энергоносителей, характер, что переводит проблему энергоснабжения населения, а вместе с ней и проблему энергосбережения в этой сфере, в совершенно новую плоскость. Оказывается, всякая недопоставка тепла жилым массивам оборачивается не только перерасходом, против норм потребления в быту, электроэнергии и природного газа, но и перерасходом региональных топливных ресурсов, направляемых на покрытие совокупного спроса в электричестве, газе и тепле. Ясно, что даже самые современные кухонные плиты по эффективности утилизации теплоты сгорания газа не могут соревноваться с самыми архаичными котельными, а электрообогрев представляет собой далеко не лучший финал производственного цикла «сжигание топ лива— выработка острого пара — генерация электричества». Но, если в квартире холодно, другого выхода у населения нет, и с этим невозможно не считаться. Поэтому необходимо техническое решение, которое бы позволило найти способ регулирования температуры сетевой воды при централизованном отоплении и учесть все параметры, влияющие на качество теплоснабжения.
Для повышения эффективности отечественной теплофикации и централизованных систем теплоснабжения в целом необходимо решение целого ряда научно-технических проблем. К важнейшим го них относятся следующие вопросы: - снижение потерь теплоты в тепловых сетях и улучшение качества те плоснабжения; - экономное расходование энергоресурсов на энергогенерирующих предприятиях в частности на теплоэлектроцентралях; Здесь следует в полной мере использовать богатый зарубежный опыт по применению энергосберегающих технологий: в частности использования тепловых насосов для целей теплоснабжения [58,82,85].
Тепловые насосы нашли широкое применение за рубежом. Если в 1980 г. в США работало около 3 млн. теплонасосных установок, в Японии 0,5 млн, в Западной Европе 0,15 млн, то в 1993 г. общее количество работающих теплонасосных установок (ТНУ) в развитых странах превысило 12 млн, а ежегодный выпуск составляет более 1 млн [76]. Массовое производство тепловых насосов налажено практически во всех развитых странах. По прогнозу Мирового энергетического комитета к 2020 г. в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов составит 75%. [18].
Комбинированная теплоснабжающая энергетическая установка
В данной работе рассматриваются варианты решения проблем связанных с централизованным теплоснабжением по средствам применения теплового насоса в комбинации с другим нетрадиционным возобновляемым источником энергии - ветром [92].
Значительное влияние на режимы теплоснабжения оказывает ветер. Ветер, как известно, является вторым после наружной температуры воздуха параметром, определяющий объёмы теплопотребления. С повышением скорости воздушного потока возрастает коэффициент теплопередачи, влияющий на увеличение тепловых потерь от отапливаемых объектов и теплоносящих магистралей [61]. Основным параметром при создании режимной карты теплоснабжения является температура наружного воздуха, которая не в состоянии учесть реальную картину теплопотребления. Поправка на ветер вносится в виде постоянного коэффициента для средней расчетной скорости ветра для данного региона. При скоростях ветра выше расчетных задаваемая температура прямой сетевой воды прямопроиорциональна только температуре наружного воздуха и не учитывает дополнительные потери теплоты, вызванные принудительной конвекцией в результате усиления ветра. Однако введение поправки в температурный график прямой сетевой воды вызывает ряд затруднений [49]. Это связано с тем, что скорость ветра не постоянна, и может колебаться в широких приделах [72].
Известно, что расход теплоты для зданий при отсутствии ветра и расчетной температуре наружного воздуха t up составляет около 80 % от расхода тепла при расчетной скорости ветра V р. =5 м/с [80]. Влияние скорости ветра на теплопотери пятиэтажного здания видно из таблицы 2.1:
Таким образом, необходимо техническое решение, которое бы позволило найти способ регулирования температуры сетевой воды при централизованном отоплении с учетом такого немаловажного параметра как ветер, влияющего на качество теплоснабжешы [28].
Для решения дашгых проблем теплоснабжения в качестве базового варианта предлагается использовать комбинированную работу теплового насоса с ветроэлектрической установкой [95], [96].
Для этого необходимо абсорбционный тепловой насос расположить непосредственно на ТЭЦ на лшши сброса охлаждающей воды из конденсатора паровой турбины для съёма теплоты низкого потенциала. В качестве привода абсорбционного теплового насоса используется энергия ветра, преобразованная в тепловую с помощью ветроэлектрической установки. Вся полученная энергия в тешюнасосной установке передается сетевой воде, идущей на нужды теплоснабжения [91]. Возможны два варианта применения комбинированной теплоснабжающей установки: 1. Подогрев прямой сетевой воды (рисунок 2.1); 2. Подогрев обратной сетевой воды (рисунок 2.2); На рисунке 2.1 представлена принципиальная схема комбинированной теплоснабжающей установки (КТУ) для подогрева прямой сетевой воды:
Комбинированная теплоснабжающая установка работает следующим образом. Отработанный пар в паровой турбине I направляется в конденсатор 2, где, конденсируясь, отдает свою теплоту охлаждающей воде. После конденсатора 2 нагретая охлаждающая вода поступает в испаритель теплового насоса 6, где отдает свою теплоту холодным парам хладагента и после чего сбрасывается в окружающую среду. Нагретые пары хладагента направляются в абсорбер 7, где поглощаются жидким абсорбентом при низком давлении. Затем жидкость насосом 8 перекачивается в генератор 9, где происходит подвод теплоты от электронагревателя 14, источником питания которого служит электрический ток, вырабатываемый ветроэлектрической установкой 13, преобразующей энергию ветра в электрический ток. В генераторе 9 пары хладагента выделяются из жидкого абсорбента и направляется в конденсатор 11, а жидкий абсорбент идет к дроссельному клапану 10, после которого вновь попадает в абсорбер 7. В конденсаторе 11 пары хладагента отдают свою теплоту прямой (обратной) сетевой воде (т.е. воде, подогретой в сетевых подогревателях 4 и 5 паром из отборов турбины). Затем хладагент поступает к дроссельному клапану 12 , который предназначен для снижения его давления и температуры [15,47].
В данной установке работа теплового насоса полностью зависит от скорости ветра. В результате этого получается прямая зависимость дополнительного подогрева прямой сетевой воды от скорости ветра. Другими словами, повышение скорости ветра неизбежно ведет к увеличению тепловых потерь с поверхностей теплотрасс и отапливаемых зданий. Но эти потери компенсируются самим же ветром, за счет включения в работу теплового насоса, который повышает температуру прямой сетевой воды пропорционально увеличению скорости ветра [93].
При отсутствии ветра, чтобы избежать простой оборудования или исключить тепловую инертность генератора, предлагается к генератору теплового на 53 coca подвести дополнительный тепловой источник в виде пара из теплофикационного отбора паровой турбины. При низких скоростях ветра температура в генераторе теплового насоса с помощью пара из отбора турбины может поддерживаться на том уровне, при котором тепловой насос будет отдавать необходимое количество теплоты потребителю.
Следует отметить, что подогрев прямой сетевой воды при помощи комбинированной энергетической установки (рисунок 2.1) имеет место при качественно-количественном регулировании теплопотребления. При подогреве обратной сетевой воды с помощью комбинированной энергетической установки (рисунок 2.2) вид регулирования теплопотребления непринципиален. 1. Применение тепловых насосов для нужд теплоснабжения экономически целесообразно. 2. Предложена установка, позволяющая решить вопрос автоматического регулирования объемов теплоснабжения с учетом влияния скорости ветра, тем самым повысить качество теплоснабжения. Существующие современные методы регулирования объемов теплоснабжения основаны на расчетных способах, где поправка на ветер вводится в ручную после аналитических расчетов, при этом автоматическое регулирование крайне затруднено из-за непостоянства характера ветрового потока. 3. Применение нетрадиционной энергетики в комбинации с традиционной позволяет решить ряд сложных вопросов, возникающих при их раздельной работе.
Определение тепловых потерь с поверхностей отапливаемых зданий с учетом влияния скорости ветра
По данным [80] выявлено, что расход теплоты для зданий при отсутствии ветра и расчетной температуре наружного воздуха t нр составляет около 80 % от расхода тепла при расчетной скорости ветра V р. =5 м/с. Полученные значения дополнительных тепловых потерь для различных скоростей ветра систематизируются, и выводится поправочный коэффициент R. (см. табл. 2.1). Таким образом, находим теплоту, затрачиваемую в генераторе и конденсаторе абсорбционного теплового насоса для нагрева сетевой воды. Теплота, затрачиваемая в генераторе является продуктом преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Электрическая мощность ветроэнергетической установки является величиной переменной, зависящей от скорости ветра: QreH=/(vP) (3.31) При расчете были приняты следующие положения: расчет режима работы теплоэнергетической установки при скорости ветра 5 м/с с учетом изменения температуры наружного воздуха, расход подогреваемой сетевой воды постоянный G с.в=138 кг/с (500 т/ч), применено качественное регулирование объёмов теплопотребления, теплоэнергетическая установка осуществляет подогрев обратной сетевой воды только на величину потерь вызванных увеличением скорости ветра. Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора паровой турбины составляет 25С. Температура обратной сетевой воды на выходе из конденсатора теплового насоса не превышает заданную температуру обратной сетевой воды соответствующего теплового графика. а) Температура наружного воздуха 1,ф=-19С, Соответствующий ей температурный график t = 140С/70С. Тепловая нагрузка потреби теля при скорости ветра VB=0M/C составляет QOT = 40,7 МВт. Расход при этом прямой сетевой воды составляет G с.в.=138 кг/с.
С возрастанием скорости ветра до VB=5 М/С тепловая нагрузка потребителя возрастет согласно коэффициенту тепловых потерь (см. табл.3.5) до QOT=5I МВт. При этом температурный график будет иметь значение t = 140С/50 С. Требуемая тепловая нагрузка на комбинированную теплоснабжающую установку для покрытия тепловых потерь вызванных ветром составляет Qm = 11,952 МВт. Приданном режиме тепловая нагрузка на генератор теплового насоса составит QreH = 6,083 МВт, соответственно нагрузка на испаритель будет равна QHcn = 5,87 МВт. б) Температура наружного воздуха tlip=-15C. Соответствующий ей температурный график t — 128С/65С. Тепловая нагрузка потреби теля при скорости ветра VB=0M/C составляет QOT = 36,5 МВт. Расход при этом теплоносителя составляет G с.в =138 кг/с.
С возрастанием скорости ветра до VB=5 м/с тепловая нагрузка потребителя возрастет согласно коэффициенту тепловых потерь (см. табл.3.5) до QOT = 46,72 МВт. При этом температурный график будет иметь значение t = 128 С /47 С. Требуемая тепловая нагрузка на комбинированную теплоснабжающую установку для покрытия тепловых потерь вызванных ветром составляет Qra = 10,4 МВт. При данном режиме тепловая нагрузка на генератор теплового насоса составит QreH = 5,6 МВт, соответственно нагрузка на испаритель будет равна QHcn = 4,8 МВт. в) Температура наружного воздуха t„p=-10oC. Соответствующий ей температурный график t = 113оС/60С. Тепловая нагрузка потреби теля при скорости ветра VB=0M/C составляет QOT = 30,72 МВт. Расход при этом теплоносителя составляет G с.в =138 кг/с.
С возрастанием скорости ветра до VB=5 М/С тепловая нагрузка потребителя возрастет согласно коэффициенту тепловых потерь (см. табл.3.5) до QOT = 39,3 МВт. При этом температурный график будет иметь значение t — 113 С /45 С. Требуемая тепловая нагрузка на комбинированную теплоснабжающую установку для покрытия тепловых потерь вызванных ветром составляет QTH = 9,2 МВт. При данном режиме тепловая нагрузка на генератор теплового насоса составит Qr = 4,8 МВт, соответственно нагрузка на испаритель будет равна QMCn = 4,4 МВт. г) Температура наружного воздуха t = -5С. Соответствующий ей температурный график t = 98,5С/54С. Тепловая нагрузка потребителя при скорости ветра VB=0M/C составляет QOT =25,79 МВт. Расход при этом теплоносителя составляет G с.в =138 кг/с.
С возрастанием скорости ветра до VB=5 М/С тепловая нагрузка потребителя возрастет согласно коэффициенту тепловых потерь (см. табл.3.5) до QOT = 33 МВт. При этом температурный график будет иметь значение t = 98.5С /41 С. Требуемая тепловая нагрузка на комбинированную теплоснабжающую установку для покрытия тепловых потерь вызванных ветром составляет QTH = 8,7 МВт. При данном режиме тепловая нагрузка на генератор теплового насоса составит QreH = 3,7 МВт, соответственно нагрузка на испаритель будет равна QHcn = 5 МВт.
Диапазон возможной работы комбинированной теплоснабжающей установки при качественном регулировании тепловой нагрузки при подогреве сетевой воды на 20С при любом температурном графике, где 1-температура прямой сетевой воды; 2- температура сетевой воды на выходе из КТУ; 3- температура обратной сетевой воды; При использовании в генераторе теплового насоса дополнительного источника теплоты схема режима работы КТУ будет иметь вид представленный на рисунке 3.4. Дополнительный источник теплоты обеспечивает минималыгую температуру в генераторе теплового насоса, которая требуется для нагрева сетевой воды на заданную величину. Вносимая тепловая энергия от ветроэлектрической установки имеет непостоянный характер. Однако при увеличении тепловой энергии от ВЭУ расход теплоты от дополнительного источника сокращается в пропорциональной зависимости.
Составление эксергетического баланса и анализ эффективности работы комбинированной теплоснабжающей установки в составе теплоэлектроцентрали при подогреве прямой сетевой воды
Таким образом, из приведенных выше формул видно, что прирост эк-сергии в цикле соответствует величине QTHV (lVTcp), т.е. на эксергию подводимую к сетевой воде от теплового насоса. Затрачиваемая эксергия увели-чится на величину QKy (1VTq, ), т.е. на эксергию подводимую от ветроэнер 89 готической установки. Однако необходимо отметить, что подведенная эксергня от ветроэнергетической установки является продуктом механической энергии ветра, т.е. даровой энергией. В связи с этим при учете эффективности работы теплоэлектроцентрали совместно с комбинированной теплоснабжающей установкой целесообразно не учитывать подведенную эксергию от ветроэнергетической установки в статье затрат на данный вид энергии.
Для расчета расход сетевой воды принимается GCB=I38 кг/с (500 т/ч). Температура обратной сетевой воды составляет 40С. Подогрев в сетевом подогревателе СП осуществляется до температуры 70С. Далее сетевая вода поступает конденсатор теплового насоса, где догревается на величину, зависящую от скорости ветра
Прирост эксергии в цикле соответствует величине QTHY (1-То/ТсрЕ), т.е. на эксергию подводимую к сетевой воде от теплового насоса. Затрачиваемая эксергия увеличится на величину Q y (lo/Tq,0), т.е. на эксергию подводимую от ветроэнергетической установки. Однако подведенная эксергия от ветроэнергетической установки является продуктом механической энергии ветра, т.е. даровой энергией, что при определении эксергетического КПД ТЭЦ+КТУ позволяет её не учитывать. При работе теплоэлектроцентрали по тепловому графику без четко регламентированной электрической нагрузки (допускается колебание электрической нагрузки) прирост эксергии в цикле от теплового насоса расходуется на дополнительную выработку турбогенератором электрической энергии дК При работе теплоэлектроцентрали по электрическому графику с подержанием отпуска необходимой тепловой нагрузки с регулируемых отборов паровой турбины (строго регламентирована электрическая нагрузка) дополнительный прирост эксергии в цикле от теплового насоса позволяет снизить затрачиваемую эксергию сжигания топлива на величину Q (l0/TcpF), т.е. на эксергию подводимую к сетевой воде от теплового насоса. Это объясняется тем, что регулируемый отбор паровой турбины разгружается на величину Q а-ТУГД что ведет к снижению расхода острого пара на турбину, а еле-дователыю снижается удельный расход сжигаемого топлива на выработку того же количества электрической и тепловой нагрузки.
Для расчета расход сетевой воды принимается GC.B=138 кг/с (500 т/ч). Температура обратной сетевой воды составляет 40С. Первоначально сетевая вода поступает в конденсатор теплового насоса, где догревается на величину, зависящую от скорости ветра. Для расчета принимаем нагрев 10С. Далее сетевая вода следует в сетевой подогреватель СП где осуществляется догрев до температуры 70С. Температуру окружающей среды принимаем То = 283К. В результате снижения температурного напора в сетевом подогревателе ожидается разгружение теплофикационного отбора паровой турбины на величину QTHY- В результате этого вырисовывается два направления изменения режима работы ТЭЦ: - увеличение выработки электроэнергии турбогенератором в связи с пропуском отборного пара в часть низкого давления. В этом случае расход острого пара на турбину остаётся неизменным; - при неизменной электрической нагрузке снижается общий расход острого пара на турбину, при этом снижется тепловая нагрузка парогенератора, что ведет к снижению расхода сжигаемого топлива;
1. По результатам проведенного эксергетического анализа видно, что прирост эксергетического КПД после включение комбинированной теплоснабжающей установки с теплопроговодительностью Окту=5,9 МВт в состав ТЭЦ для подогрева прямой сетевой воды составил 0,87 % по сравнению с обычным производством теплоты на теплоэлектроцентрали.
2. При включение комбинированной теплоснабжающей установки с теп-лопроизводительностью QKTY = 5,9 МВт в состав ТЭЦ для подогрева обратной сетевой воды при работе по теплофикационному графику, прирост эксергетического КПД составил 0,3% по сравнению с обычным производством теплоты на теплоэлектроцентрали. При этом получен дополнительный прирост вырабатываемой электроэнергии ДЫэ 0,6 МВт на клеммах генератора паровой турбины.
3. При включение комбинированной теплоснабжающей установки с теп-лопроизводительностью QKTY = 5,9 МВт в состав ТЭЦ для подогрева обратной сетевой воды при работе по варианту неизменной электрической нагрузки наблюдается снижение общего расхода острого пара на турбину. При этом снижение тепловой нагрузки парогенератора на AQxon 6 МВт привело к снижению расхода топлива на ДВ = 0,1 кг/с. Прирост эксергетического КПД составил 1% по сравнению с обычным производством теплоты на теплоэлектроцентрали.
