Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор работ в области создания математических и компьютерных моделей тепловых и гидравлических сетей, а также исследований режимов работы внутренних контуров теплосетей электрических станций 11
1.1. Развитие теории гидравлических сетей 11
1.2. Проблемы и особенности внутренних контуров теплосетей электрических станций 24
1.3. Анализ работы теплосети Самарской ТЭЦ 26
2. Принципы разработки математических и компьютерных моделей тепловых и гидравлических систем 29
2.1. Математическая модель и методика расчета сложных гидравлических систем 29
2.2. Характеристика программы расчета гидравлических сетей 34
2.3. Гидравлические характеристики элементов расчетной схемы 40
3. Анализ гидравлических режимов работы теплосети 49
3.1. Удельные затраты мощности по всем элементам теплосети 49
3.2. Использование параллельно работающих насосов 53
3.3. Изменение схемы регулирования насосов ППН 56
3.4. Изменение схемы подпитки теплосети... 57
3.5. Изменение характеристики насосов 58
4. Исследование температурных режимов работы теплосети 61
4.1. Особенности работы внутреннего контура теплосети Сам ТЭЦ 61
4.2. Обоснование возможности работы теплосети без пиковых котлов 64
4.3. Анализ работы теплосети с пиковыми котлами 79
5. Разработка компьютерной модели системы, состоящей из насосов с регулируемым и нерегулируемым приводом 85
5.1. Исследование совместной работы насосов с регулируемым и нерегулируемым приводом 85
5.2. Исследование системы двух параллельно соединенных насосов (один с регулируемым приводом) при постоянном напоре на их выходе 90
5.3. Исследование системы двух параллельно соединенных насосов (один с регулируемым приводом) при переменном напоре на их выходе 94
5.4. Применение регулируемого привода на втором подъеме насосов теплосети Самарской ТЭЦ. 100
5.5. Об эквивалентности расчетов затрат мощности по кривой КПД и кривой мощности при смене числа оборотов насоса 108
5.6. Технико - экономическое обоснование внедрения регулируемого частотного привода на сетевых насосах Самарской ТЭЦ 110
6. Принципы построения оптимальных внешних теплосетей ТЭЦ с минимальными гидравлическими сопротивлениями 118
6.1. Разработка компьютерной модели первого, второго и третьего тепловыводов внешней теплосети от Самарской ТЭЦ 118
6.2. Анализ эпюр распределения давлений на тепловыводах в существующем варианте их работы 125
6.3. Разработка оптимального варианта работы внешних теплосетей ТЭЦ с минимальными гидравлическими сопротивлениями 145
Выводы 163
Литература 166
Приложения 172
- Проблемы и особенности внутренних контуров теплосетей электрических станций
- Характеристика программы расчета гидравлических сетей
- Обоснование возможности работы теплосети без пиковых котлов
- Исследование системы двух параллельно соединенных насосов (один с регулируемым приводом) при постоянном напоре на их выходе
Введение к работе
Актуальность темы
Для эффективного решения широкого круга проблем управления развитием и функционированием тепловых систем энергетики (ТСЭ) требуется разработка и внедрение новых информационных энерго- и ресурсосберегающих технологий. Особенно остро эти проблемы обозначились в последние десятилетия, когда в новых экономических условиях обострившиеся противоречия между поставщиками и потребителями вызвали организационное расчленение технологически связанных систем на фоне повышения степени износа и общего старения оборудования.
Для решения указанных проблем большое значение имеют компьютерные модели, позволяющие полностью воспроизводить технические процессы, протекающие в конкретных энергетических системах. Такие модели особенно полезны при решении задач реконструкции и развития внутренних и внешних контуров теплосетей ТЭЦ.
При проектировании многих схем тепловых электрических станций проектными институтами, как правило, производится расчет и привязка новых схем к существующим схемам поэтапно по мере введения в строй оборудования очередных проектов расширений и увеличений тепловой и электрической нагрузок. При этом производятся расчёты отдельных, как правило, незамкнутых схем, с заданными или предполагаемыми расходами и давлениями на входе и выходе, на основании которых производится выбор необходимого оборудования, трубопроводов и разработка схемных решений. Расчёты с целью определения расходов воды и давлений в различных точках всей системы не производятся в связи с невозможностью их выполнения с помощью известных графических или аналитических методов, применяемых при параллельном и последовательном соединении элементов сети. В связи с этим возникают схемные изменения, которые приводят к нежелательным распределениям давлений, расходов, температур и к невозможности их регулирования при эксплуатации систем ТЭЦ.
Одним из примеров такого подхода к проектированию может служить схема внутреннего контура теплосети Самарской ТЭЦ (СамТЭЦ). Основное проектирование проводилось Белвнипиэнергопромом с частичными перепланировками и изменениями, выполненными по проектам специалистов ТЭЦ. Шесть очередей расширения, неоднократное увеличение тепловых нагрузок, расходных и гидравлических характеристик потребителей и их количества, проведение модернизаций схемы, необходимость которых вызвана введением новых участков - всё это привело к созданию сложнейшей многомерной сети с несколькими замкнутыми контурами внутри неё. Такая сеть становится трудно управляемой с точки зрения поддержания различных температур и давлений на различных тепловыводах станции. В связи с чем, приходится применять регулирование давления, при котором происходит существенная потеря напора, создаваемого насосами. Например, расчеты, проведенные на компьютерной модели Самарской ТЭЦ, показали, что при регулировании давления происходит потеря 40,7 % энергии, затрачиваемой насосами. Следует отметить, что указанные проблемы характерны не только для Самарской ТЭЦ, но и подавляющего большинства других станций, которые работают в основном в теплофикационном режиме, или теплосети которых спроектированы с применением коллекторных связей и подвергавшиеся реконструкциям в процессе эксплуатации, например Минская ТЭЦ, Вильнюсская ТЭЦ, Гомельская ТЭЦ, Сызранская ТЭЦ, Пензенская ТЭЦ, Саратовская ТЭЦ-5, Астраханская ТЭЦ, Энгельсская ТЭЦ и др.
Целью работы является разработка математических и компьютерных моделей внешних и внутренних контуров теплосетей ТЭЦ.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Экспериментальные и теоретические исследования внутренних и внешних контуров теплосетей электрических станций с целью разработки наиболее эффективных режимов работы оборудования, а также для поддержания заданных температур и давлений на тепловыводах.
Расчёт и анализ вариантов реконструкций теплосетей ТЭЦ с целью улучшения гидравлического и температурного режимов работы, а также для повышения эффективности и экономичности работы оборудования.
Исследование совместной работы насосов с регулируемым и нерегулируемым приводами.
Разработка методов построения оптимальных схем внешних теплосетей ТЭЦ.
Научная новизна
1. Предложены математические и компьютерные модели внешних и внутренних контуров теплосетей ТЭЦ, основанные на математическом аппарате теории графов, отличающиеся возможностью расчета расходов и давлений в любой точке сети, рассматриваемой в виде единой гидравлической системы.
2. На основе компьютерной модели выполнена оценка распределения затрат энергии, потребляемой насосами, на различных элементах оборудования теплосети (тепловыводы, подогреватели, пиковые котлы, трубопроводы, регуляторы давления, и регулируемые задвижки).
3. Проведены исследования совместной работы насосов с регулируемым и нерегулируемым приводами, позволяющие определить энергосберегающие режимы при работе группы насосов.
4. Предложены принципы построения рациональных схем внешних теплосетей ТЭЦ, обеспечивающих минимальные потери напора за счет уменьшения гидравлических сопротивлений. Методы исследования
Для решения задач в диссертационной работе использовались методы математического и компьютерного моделирования, натурные испытания на ТЭС.
Достоверность результатов и выводов работы
Достоверность результатов обосновывается адекватностью математических моделей, использованных в диссертации, физическим процессам, протекающим в гидравлических сетях, а также применением стандартных методов исследования и корректным использованием математического аппарата при проведении необходимых расчетов.
Представленная работа является обобщением теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором на кафедре «Теоретические основы теплотехники и гидромеханика» Самарского государственного технического университета. Исследования проводились согласно планам единого заказ-наряда № 551/02 Минвуза России, а также по планам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ «РАО ЕЭС» России (реестры за 2001-2004 гг.).
Практическая ценность работы
Разработанная в диссертации математическая и компьютерная модель внешнего и внутреннего контуров теплосетей ТЭЦ позволяет: определять расходы и давления воды в любой точке теплосети (в том числе и на тепловых выводах) при любом составе работающего оборудования;
рассчитывать общие и удельные затраты электроэнергии;
определять расходы и давления на входе и выходе каждого насоса, а также их коэффициент полезного действия;
осуществлять имитационные эксперименты работы теплосети с целью выбора оптимального состава оборудования и схем его включения;
рассчитывать температурный режим работы теплосети;
рассчитывать эффективность тепловой изоляции трубопроводов по известным конструктивным характеристикам изоляции и теплофизическим свойствам изоляционных материалов;
проводить расчет наиболее эффективных вариантов реконструкции теплосети;
использовать математическую модель для создания базы данных о состоянии теплосети ТЭЦ;
выполнять исследования совместной работы насосов с регулируемым и нерегулируемым приводами для определения границ регулирования и экономического обоснования применения частотного привода.
Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях и конструкторских бюро, где разрабатывается и проектируется теплоэнергетическое оборудование. Теоретические и практические результаты могут быть использованы также в учебном процессе при подготовке студентов вузов по специальностям "Тепловые электрические станции", "Промышленная теплоэнергетика", "Энергетические системы и комплексы".
Реализация результатов работы
Результаты работы использованы при построении компьютерных моделей теплосетей Тольяттинской ТЭЦ и Самарской ГРЭС, теплосетей г. г. Самары, Тольятти, Саратова, Ульяновска, цирксистем Новокуйбышевских ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2, цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ (соответствующие акты внедрения приведены в приложениях диссертации).
Основные положения, выносимые на защиту
Результаты разработки математической и компьютерной модели внешнего и внутреннего контуров теплосетей ТЭЦ.
Результаты экспериментальных исследований температурных и гидравлических режимов работы внутреннего и внешнего контуров теплосетей ТЭЦ с разработкой выводов и рекомендаций, а также для идентификации компьютерных моделей.
Результаты теоретических исследований гидравлических и температурных режимов работы внутренних контуров теплосетей ТЭЦ на компьютерной модели, позволившие выявить основные причины недостаточно эффективной их работы.
Результаты разработки различных вариантов реконструкции внутреннего контура теплосети СамТЭЦ с целью повышения надёжности работы оборудования и снижения затрат электроэнергии на собственные нужды при перекачке сетевой воды.
Результаты исследований совместной работы насосов с регулируемым частотным и нерегулируемым приводами.
Результаты разработки принципов построения оптимальных схем внешних теплосетей ТЭЦ с минимальными гидравлическими сопротивлениями.
Личный вклад автора состоит:
- в формулировке цели и постановке задач исследования;
-разработке математической и компьютерной модели внутреннего и
внешнего контуров теплосети ТЭЦ;
- проведении экспериментальных исследований теплосети СамТЭЦ;
-проведении идентификации компьютерной модели по результатам
натурных испытаний;
- разработке и анализе различных вариантов реконструкции внутреннего
контура теплосети СамТЭЦ;
-разработке методики анализа совместной работы частотно регулируемого и нерегулируемого приводов с оценкой экономического эффекта от внедрения.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках". Тверь, ТГТУ. 2001; III Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования». Иваново, ИГЭУ. 2002; IV Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности». Ульяновск, 2003; Международной научно-практической конференции «Проблемы развития централизованного теплоснабжения». Самара, ОАО СМУЭК. 2004.
Публикации
По результатам выполненных исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 статьи в центральных журналах.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 156 страницах основного машинописного текста, содержит 26 рисунков, 54 таблицы. Список использованной литературы включает 61 наименование.
Проблемы и особенности внутренних контуров теплосетей электрических станций
Многие трубопроводные системы внутренних контуров теплосетей тепловых электрических станций, таких как Минская ТЭЦ, Вильнюсская ТЭЦ, Гомельская ТЭЦ, Сызранская ТЭЦ, Пензенская ТЭЦ, Саратовская ТЭЦ-5, Астраханская ТЭЦ, Энгельская ТЭЦ и многих других электрических станций (в том числе и система трубопроводов теплосети Самарской ТЭЦ) были спроектированы и построены как единые сети с общими коллекторными связями, что облегчает эксплуатацию трубопроводной системы и в ряде случаев экономит затраты электроэнергии на перекачку рабочих жидкостей, улучшает манёвренность, ремонтно пригодность и взаимозаменяемость оборудования, т.е. делает такие схемы более универсальными, однако имеются у таких схем и недостатки.
Необходимость задания и несения различных температурных и гидравлических характеристик по выводам, при одновременно существующих коллекторных связях, а также изменение нагрузок в зависимости времени года, а иногда и суток приводит к необходимости их регулирования. При этом при выборе насосного оборудования закладываются и устанавливаются насосы с более высокими характеристиками, чем требуется для сети, с дальнейшим снижением давления и расходов путём дросселирования напорными задвижками или регуляторами либо перепуском части воды с напора насосов на всас. Кроме того, насосы с повышенными характеристиками закладываются и устанавливаются ещё и потому, что выпускаемые промышленностью насосные агрегаты зачастую не соответствуют характеристики сети в каждом конкретном случае, которые к тому же меняются с течением времени в зависимости от количества потребителей, заноса трубопроводных сетей, образование на внутренних поверхностях отложений которые изменяют характеристики сети. Наличие в схемах внутренних контуров теплосетей электрических станций подогревателей и пиковых котлов разных типов приводит к необходимости распределения и регулирования расходов через них.
Внутренние контуры теплосетей электрических станций относятся к категории сложных гидравлических сетей (чаще всего многомерных), расчет которых представляет собой достаточно сложную и специфическую инженерную задачу. Расчет таких сетей с целью определения расходов сетевой воды и давлений в различных точках системы не может быть выполнен с помощью известных графических или аналитических методов, применяемых при параллельном и последовательном соединении элементов сети. Расчет многомерных сетей невозможно выполнить для отдельных участков сети. В данном случае задача распределения расходов и давлений может быть решена лишь для всей гидравлической системы в целом.
Математическая постановка такой задачи приводится к решению системы нелинейных алгебраических уравнений, число которых зависит от количества узловых точек гидравлической сети. Например, схема теплосети Самарской ТЭЦ включает более 100 узлов. Решение подобной задачи представляет серьезные математические и технические трудности.
В настоящей работе для составления программы расчета и для последующего итеративного решения системы алгебраических нелинейных уравнений используется теория графов. Использование этой теории обусловлено тем, что она позволяет решать задачу практически любой мерности.
В качестве примера рассмотрим теплосеть Самарской ТЭЦ и проведём анализ её работы. Для анализа работы внутреннего контура теплосети ТЭЦ целесообразно рассмотреть его на примере конкретной ТЭЦ построенной по типовому проекту. Рассмотрим внутренний контур теплосети Сам ТЭЦ который состоит из трех-подъемной схемы насосов с различными характеристиками и включает в себя: 19 насосов первого, 16 насосов второго и 8 насосов третьего подъёма, 5 подпи-точных насосов, 3 насоса рециркуляции. Кроме того, в схему включены 11 подогревателей сетевой воды, 2 подогревателя греющей воды деаэраторов подпитки теплосети, 6 деаэраторов подпитки сетевой воды со своими насосами и 8 пиковых котлов (см. таблицы 1.1, 1.2). Весь этот набор оборудования связан между собой километрами трубопроводов различных диаметров, имеющих сотни задвижек различного назначения, диаметров и сопротивлений. Задача осложняется тем, что система водоразбора Самарской ТЭЦ открытого типа, с динамически изменяющимися расходами, давлениями и потерями воды на горячее водоснабжение.
Внешними потребителями теплосети Самарской ТЭЦ являются потребители г. Самары, присоединенные к пяти тепловыводам (магистралям) с различными характеристиками (см. табл. 1.3. для зимнего режима работы).
Работа на сеть с различными характеристиками, наличие параллельных коллекторных связей, наличие состава оборудования с различными характеристиками приводит к необходимости регулировки давлений и расходов. Так давление и расходы обратных трубопроводов 1-ой, 3-ей и 4-ой магистралей теплосети производится рециркуляцией воды с напора на всас насосов подпитки теплосети, в прямых трубопроводах 1-ой и 3-ей магистралей давление поддерживается прикрытием напорной задвижки на напоре одного из насосов и рециркуляцией с напора на всас насосов второго подъёма.
Характеристика программы расчета гидравлических сетей
Описываемая ниже программа расчета гидравлической сети позволяет: выполнять гидравлические расчеты с фиксированными и нефиксированными узловыми отборами; решать задачу выбора диаметров труб сети (технико-экономический расчет); выделять и анализировать отдельные части сети; моделировать работу сети при различных режимах водопотребления; анализировать работу сети при отключении отдельных ее участков. Данная версия программы предназначена для расчета сети на персональных ЭВМ в диалоговом режиме. Рассчитываемая сеть может включать следующие элементы: - узлы водопроводной сети; - участки водопроводной сети; - насосные станции; - напорно-регулирующие емкости; - задвижки в открытом или закрытом состояниях. - теплообменники. Структурно схема тепловой сети задается с помощью узлов и участков. Все узлы подразделяются на узлы: - с заданным напором; - с заданной подачей, в этом случае вода поступает в сеть и подача (расход) задается со знаком минус (отрицательный расход); - с заданным отбором, в этом случае вода забирается из сети (положительный расход); - промежуточные, в этом случае отбор воды в узле отсутствует, т.е. равен нулю. Узлы с заданным напором интерпретируются как напорные и регулирующие емкости. Расчетными для них являются величина подачи воды в сеть (расход со знаком минус) или величина поступления воды из сети (положительный расход). Узлы с заданной подачей или отбором могут иметь любую интерпретацию (емкость, наросная станция, водопотребитель). В частности, если расход равен нулю, то это промежуточный узел. Для этих узлов расчетным является напор. Важно отметить, что если в каком-либо узле задан напор, то в нем не может быть задан отбор и наоборот. Если при подготовке исходных данных в узле оказались заданными и напор и отбор, то перед выполнением расчетов такие узлы будут выявлены и предложено провести корректировку данных по этому узлу.
Если корректировка не будет выполнена, то программа будет считать, что в узле задан напор. В процессе подготовки данных необходимо следить за тем, чтобы, по крайней мере, в одном узле был задан напор, в противном случае задача становится недоопределенной. Если такая ситуация возникнет, то в результате выполнения процедур контроля она будет выявлена. Каждый узел характеризуется следующими параметрами: - номером или именем на расчетной схеме; - номером блока, к которому принадлежит узел; - признаком задания напора или отбора; - отметкой уровня земли, м; - расчетным свободным напором, м; - задаваемым свободным напором (в узле с емкостью высотой расположения уровня воды над поверхностью земли), м; - требуемым свободным напором, м; - расчетным узловым отбором, мЗ/с; - задаваемым узловым отбором, мЗ/с; - рядом параметров, предназначенных для тепловых расчетов. Все участки подразделяются на участки-трубы; участки-насосы, участки-задвижки и теплообменники. Участки сети могут быть по какому-либо признаку выделены в отдельные блоки. Например, участки одного диаметра, магистральные водоводы, участки сети, входящие в отдельную зону, и т.д. Количество таких блоков может быть не более 16 (нумерация производится от Одо 15). Все участки направленные. На экране положительное направление потока в участке-трубе указано стрелкой, участке-насосе направлением насоса, причем стрелка направлена от начального узла к конечному. После осуществления расчета по участку-трубе направление стрелки указывает направление потока. Для остальных элементов это правило не выполняется. Каждый участок-труба характеризуется следующими параметрами: - блоком; - состоянием (1 - рабочее, 0 - участок выключен); - коэффициентом увеличения диаметра (для новых труб =1), который используется для идентификации в соответствии с фактическим состоянием; - диаметром внутренним в мм; - длиной в м; - коэффициентом шероховатости в м; - расчетным расходом в т/час; количеством местных сопротивлений по каждому типу; - рядом параметров, необходимых для тепловых расчетов.
Каждый участок-насос характеризуется следующими параметрами: - номером (именем) на расчетной схеме; - кодом сортамента насосов; - свободным напором (Но), когда подача насоса равна нулю; - эквивалентным гидравлическим сопротивлением насоса (So) для расхода, мЗ/с; - подачей воды насосами (QH), МЗ/С; - состоянием (1 - рабочее, 0 - насос выключен); - номером блока сети; - коэффициентом увеличения свободного напора; - коэффициентом увеличения эквивалентного сопротивления. Эти коэффициенты используются для идентификации насоса в соответствии с фактическим состоянием. Каждый участок-задвижка характеризуется следующими параметрами: - номером (именем) на расчетной схеме; - диаметром в мм; - расходом (Q), мЗ/с; - состоянием (1 - рабочее, 0 - задвижка выключена, но исправна, 1 -задвижка выключена из-за аварии); - коэффициентом местного сопротивления; - номером блока сети; - коэффициентом увеличения диаметра (см. описание участков-труб).
Обоснование возможности работы теплосети без пиковых котлов
Использование пикового котла для создания более высокой температуры на ПСВ-4 по сравнению с другими выводами не является оптимальным решением вследствие того, что 1 Гкал теплоты обходится здесь гораздо дороже, чем вырабатываемая в теплофикационном цикле. При заданном температурном графике более целесообразным было бы добиться этого с помощью только сетевых подогревателей (ПСГ и бойлеров). Однако это невозможно без определенных изменений в существующей схеме.
Анализ схемы показывает, что единственно возможным вариантом решения этой проблемы может быть использование бойлеров ОБ-3,4,5 для подготовки сетевой воды для 4-ой магистрали, так как вода может быть нагрета в них до 90С. Суть предложения заключается в том (см. рис. 4.2), что выходы этих бойлеров отсоединяются от всаса насосов СНЗ-10-13 и заводятся на всас насосов СНЗ-14-16.
Были проведены расчеты этого варианта (вариант 1) на компьютерной модели теплосети. За основу (в части нагрузок на тепло выводы и температурного графика) был взят один из режимов работы теплосети за февраль 2003 года. В работе находились насосы: ICH3-2,4; СНЗ-3,5,8,9,10,12,15,16; ШСНЗ-1,2,3,4; ГШН-1,3,4,5,6,10,12,14. Расчеты проводились с учетом того, что на станции в настоящее время проводятся работы по модернизации бойлеров ОБ-3,4,5, что позволит загружать их до номинальной мощности (60 Гкал/час при суммарном расходе сетевой воды 4500 т/час). Расход воды, отбираемый из всасывающего коллектора СНЗ-1,4,5,6,9 на ПГВД, составлял 1700 т/ч, что соответствует обычной норме при работе теплосети в зимнем режиме. Температуры воды на выходе из теплообменников устанавливались таким образом, чтобы получить на тепло выводах значения по возможности близкие к заданным, т.е. 70, 70, 70 и 80С соответственно на выводах 1, 2, 3 и 4. Так, на выходе из бойлеров ОБ-1,2 она равнялась 77 С, ПСГ-2 - 70 С, ПСГ-3 - 61 С, ПСГ-4 - 74 С, ОБ-3,4,5 - 87 С. Полученные результаты представлены в таблицах 4.1,4.2,4.3.
Как следует из табл. 4.1, достигается требуемое превышение на 10 С температуры на ПСВ-4 по отношению к выводам 2-й и 3-й магистралей. Но при этом сохраняется перекос на ПСВ-1 (около 4 С). Тем не менее, этот перекос существенно ниже, чем при работе пикового котла в рассмотренном ранее варианте работы теплосети.
Полученные результаты иллюстрирует фрагмент схемы теплосети, приведенный на рис. 4.2. Здесь представлено расчетное потокораспределение в той части схемы, которая непосредственно формирует температурный режим 4-го тепло вывода. На рисунке указаны расходы сетевой воды в т/ч ив скобках ее температура в С.
Далее к этому потоку подмешивается вода, поступающая через задвижку Э-56 и имеющая температуру 69,7 С. В результате в выходной коллектор 4-й магистрали направляется поток с температурой около 80 С.
Следовательно, существуют три причины, которые не позволяют нагретую в бойлерах 3,4,5 воду подать на 4-й вывод с той же температурой -это подмешивание более холодной воды на всасе СНЗ-14,15,16 через ДС-1, ДС-2 и через задвижку Э-56. Все это снижает температуру воды, поступающей на ПСВ-4, и вызывает необходимость поддерживать на выходе из ОБ-3,4,5 температуру более высокую, чем это требуется для 4-го вывода. Кроме того, по существующей схеме на всас насоса ШСНЗ-3 поступает вода с той же температурой, что и на 4-й вывод, что создает существенный перекос на 1 -м тепло выводе.
Подмешивание более холодной воды через ДС-1 и ДС-2 устранить невозможно. Это объясняется тем, что насосы СНЗ II подъема, расположенные в главном корпусе (СНЗ-10-16), лишь частично обеспечивают нагрузку по воде тепло выводов 1,3 и 4. Даже при работе четырех насосов этой группы их суммарная подача составит 10-11 тыс. т/час, в то время как на эти три вывода требуется более. 16 тыс. т/час. Недостающее количество воды подается насосами ТФН через три коллектора, соединяющие пиковую котельную с напорными линиями насосов СНЗ главного корпуса. Поэтому вода через ДС будет поступать в эти линии в любом случае. Возможно, лишь в определенных пределах регулировать соотношение потоков в коллекторах.
Исключить подмешивание на всасе СНЗ-14,15,16 воды из ПСГ-4 возможно, если в этой группе оставить работающим только один насос, включив дополнительно один из насосов СНЗ, расположенных в ТФН. Соответствующий вариант (вариант 2) также был рассчитан на модели, его результаты представлены в таблицах 4.4, 4.5, 4.6. Как следует из приведенных данных, температура на 4-м выводе достигает нужного значения, однако на 1-м тепло выводе сохраняется значительный перекос (более 4 С). Можно заключить, что этот вариант мало отличается от предыдущего и, как будет показано ниже, он и по другим своим возможностям весьма близок к первому. Причина этого очевидна: возрастает доля воды, подаваемой насосами ТФН и соответственно увеличивается подмешивание более холодной воды, в том числе через ДС-1.
Исследование системы двух параллельно соединенных насосов (один с регулируемым приводом) при постоянном напоре на их выходе
Таким образом, насос с регулируемым приводом - вариант значительно более предпочтительный, чем регулирование задвижкой на выходе насоса. Однако в этом случае возникает ряд проблем, требующих дополнительного исследования. Одной из них является проблема совместной работы насоса с регулируемым приводом и параллельно соединенных с ним насосов с нерегулируемым приводом, вне зоны их рабочего диапазона расходов и напоров по характеристике, т.е. вне зоны, где насосы работают с максимальным КПД; работа насосов при изменяющихся расходах, но при неизменном напоре на их выходе; работа насосов в случае, когда и расход, и давление на выходе переменны.
Ниже приводятся результаты исследований указанных выше проблем. Прежде, чем переходить к каким-то частным случаям конкретной теплосети, для получения общих закономерностей выполним исследование поставленных выше задач на достаточно простом примере теплосети, состоящей из двух насосов (один с регулируемым приводом) и двух тепло выводов (рис. 5.3).
На графиках рис.. 5.4 даны результаты исследований совместной работы двух параллельно соединенных насосов (один с регулируемым приводом) при постоянном напоре на их выходе на единую сеть с переменным сопротивлением. Здесь: 1 - характеристика насоса с нерегулируемым приводом, а также "характеристика исходного состояния насоса с регулируемым приводом (пі - число оборотов в исходном состоянии); 2, 3, 4, 5, 6, 7 - характеристики насоса с регулируемым приводом в зависимости от числа оборотов (пь п2,..., п7); 1+2, 1+4, 1+5, 1+6, 1+7 - суммарные характеристики насосов с регулируемым и нерегулируемым приводом при различном числе оборотов насоса с регулируемым приводом; Г, 2 , 3 ,..., 9 - характеристики внешней сети при различных ее сопротивлениях.
Предположим, что напор Н на выходе из насосов поддерживается постоянным вне зависимости от сопротивления внешней сети. Проведем анализ изменения расхода и возможностей его обеспечения с помощью двух параллельно соединенных насосов в зависимости от сопротивления внешней сети. Этот анализ позволяет заключить о том, что диапазон расходов, которые можно обеспечить с помощью двух насосов при напоре H=const, при различных сопротивлениях внешней сети находится в пределах от G2 до G8 (линия АВ). При этом расход G2 может обеспечить лишь один насос, работающий по характеристике 1 (характеристика сети 2 ). Расход Gs (при характеристике сети 8 ) обеспечивается работой двух насосов, причем, оба должны иметь характеристики 1. Любые промежуточные (между G2 и G8) расходы обеспечиваются изменением числа оборотов насоса с регулируемым приводом.
При большом сопротивлении сети (характеристика Г) при данном напоре H=const расход Gj становится настолько мал, что он может быть обеспечен работой одного насоса с регулируемым приводом. Этот насос должен работать по характеристике 3 с числом оборотов п3.При каком-то очень малом сопротивлении сети (характеристика сети 9 ) расход при данном напоре Н становится столь велик, что для его покрытия недостаточно двух насосов, работающих по характеристике 1. В этом случае необходимо включать дополнительные насосы.
Рассмотрим случай, когда параллельно с изменением напора происходит также изменение расхода на выходе насосов. Предположим, что задвижки В і и В2 поддерживают соответственно на первом и втором выводах какие-то давления Pi и Р2, (примем Рі Р2 Давления Рвх и Рвьк на входе в насосы и перед задвижками Bj и В2 изменяются в соответствии с изменением расхода на выводах (см.рис.5.3). На графиках рис. 5.5, 5.6, 5.7, представлены результаты расчетов расходов на компьютерной модели при совместной работе двух насосов (из которых насос Hi с регулируемым приводом) на общую теплосеть, состоящую из двух тепловыводов 1 и 2 (см. рис. 5.3). На этих графиках приведены результаты расчетов при работе насосов на сеть, имеющую соответственно большое (рис.5.5), среднее (рис 5.6) и малое (рис.5.7) гидравлическое сопротивление. Здесь рассмотрен случай, когда число оборотов двигателя насоса Hi снижается настолько, что его характеристика принимает вид кривой Г. Суммарная характеристика насосов Hi и Н2 будет иметь вид кривой 1+Г, где 1-характеристика насоса с нерегулируемым приводом, а также насоса с регулируемым приводом в исходном состоянии (до момента начала регулирования насосы имеют одинаковую производительность).
Анализ результатов расчетов (рис. 5.5) позволяет заключить, что при достаточно высоком сопротивлении внешней сети (линия 2) параллельно с уменьшением производительности насоса Hi с регулируемым приводом (его подача уменьшается на величину G2 - Gi ) увеличивается подача насоса Н2 с нерегулируемым приводом (на величину G2- G2).
