Диссертация (Исследование и оптимизация теплонасосных установок в структуре схем ПГУ-ТЭЦ), страница 14

Однако, теплофикационная установка, представленная сетевымиподогревателями, работает по тепловому графику потребителя, рассчитанному согласнометодике, изложенной в разделе 2.93Рисунок 3.23 – КПД по выработке электроэнергии (брутто) для региона «Центр»Рисунок 3.24 – КПД по выработке электроэнергии (брутто) для региона «Урал»94Рисунок 3.25 – КПД по выработке электроэнергии (брутто) для региона «Юг»Затраты электроэнергии на собственные нужды с учетом электропривода ТНУ,приведенные выше оказывают влияние на КПД по отпуску электроэнергии. Фактическив сравнении с вариантом ПГУ-ТЭЦ без ТНУ, КПД нетто снижается за счет увеличениядоли собственных нужд. КПД по отпуску электроэнергии, рассчитываемый пофизическому методу, с учетом дополнительной теплоты от ТНУ, увеличивается.Исключение составляют режимы, соответствующие расчету при температуре наиболеехолодной пятидневки.

В этих расчетных точках коэффициент преобразования низок попричине сравнительно высокой температуры в конденсаторе ТНУ (120 °С).Соответствующие зависимости приведены на рис. 3.26–3.28.95Рисунок 3.26 – КПД по отпуску электроэнергии (нетто) для региона «Центр»Рисунок 3.27 – КПД по отпуску электроэнергии (нетто) для региона «Урал»96Рисунок 3.28 – КПД по отпуску электроэнергии (нетто) для региона «Юг»Коэффициент использования теплоты для всех рассматриваемых вариантов ПГУТЭЦ увеличивается, что связано с учетом дополнительного количества теплоты,получаемого за счет использования теплоты низкого потенциала циркуляционной воды.Соответственно в отопительных режимах КИТТ (рис.

3.29–3.31) больше, чем в режимахГВС.Рисунок 3.29 – КИТТ ПГУ-ТЭЦ с ТНУ для региона «Центр»97Рисунок 3.30 – КИТТ ПГУ-ТЭЦ с ТНУ для региона «Урал»Рисунок 3.31– КИТТ ПГУ-ТЭЦ с ТНУ для региона «Юг»Сравнение технико-экономических показателей по регионамНа рис. 3.32–3.33 приведено сравнение показателей эффективности по регионамдля характерных режимов – в отопительном и ГВС. Для региона «Юг» данные показатели98выше, чем для региона «Урал» и «Центр», что связано возможностью использованиябольшего количества низкопотенциальной воды. Коэффициент преобразования ТНУ дляКПД брутто и нетто, КИТТ, %региона «Центр» будет также выше в связи с температурным графиком потребителя.1009080706050403020100ЦентрУралЮгРегионКПД брутто,%КПД нетто, %КИТТ, %Рисунок 3.32 – Сравнение КПД брутто и нетто, КИТТ по регионам приКПД брутто и нетто, КИТТ, %среднеотопительной температуре наружного воздуха80706050403020100ЦентрУралЮгРегионКПД брутто,%КПД нетто, %КИТТ, %Рисунок 3.33 – Сравнение КПД брутто и нетто, КИТТ по регионам при температуренаружного воздуха, соответствующей режиму ГВС99Коэффициент преобразования ТНУ в составе ПГУ-ТЭЦ по рассматриваемымрегионам в отопительном режиме приведен на диаграмме 3.40.

Для региона «Урал»данная температура меньше, чем в других регионах, соответственно при работе потепловому графику, температура прямой сетевой воды выше, чем для Южного иЦентрального регионов. Необходимо отметить, что данные значения коэффициентапреобразования были найдены для расчетных вариантов схемных решений без учетафинансово-экономической оптимизации. Физический смысл данных, представленных нарис. 3.34 состоит в определении таких значений коэффициента преобразования, прикоторых не происходит снижения термодинамической эффективности схемы.

В разделе 5приведены значения коэффициентов преобразования после финансово-экономическойКоэффициент преобразованияоптимизации, они в среднем на 8–15 % выше.3,532,521,510,50Центр(-2,2°С)Урал(-5,4°С)Юг (+6,6°С)Коэффициент преобразования ТНУРисунок 3.34 – Коэффициент преобразования в отопительном режиме присреднеотопительной температуре наружного воздухаРасход топлива на ПГУ-ТЭЦ с ТНУОсобенностью расчета систем ПГУ-ТЭЦ с ТНУ является принцип определениярасхода топлива на выработку электрической энергии и теплоты. Расчет удельногорасхода топлива на отпуск электроэнергии не позволяет учесть полезный эффект отиспользования низкопотенциальной теплоты.

На рис. 3.35–3.37 приведены диаграммы,иллюстрирующие удельный расход топлива на отпуск электроэнергии, рассчитанный пофизическому методу. Для всех регионов ПГУ-ТЭЦ с ТНУ потребляет большеэлектроэнергии, чем в базовом варианте без ТНУ. Наиболее неблагоприятным является100режим при температуре наружного воздуха, соответствующей наиболее холоднойУдельный расход условного топлива,гут/(кВт*ч)пятидневке.400380360340320300280260240220200-25-2,25,41518,7Температура наружного воздуха, °СУдельный расход условного топлива (ПГУ-ТЭЦ без ТНУ), гут/(кВт*ч)Удельный расход условного топлива (ПГУ-ТЭЦ с ТНУ),гут/(кВт*ч)Удельный расход условного топлива,гут/(кВт*ч)Рисунок 3.35 – Удельный расход условного топлива на отпуск электрической энергии(физический метод) для региона «Центр»400380360340320300280260240220200-32-5,42,615Температура наружного воздуха, °С18,7Удельный расход условного топлива (ПГУ-ТЭЦ без ТНУ), гут/(кВт*ч)Удельный расход условного топлива (ПГУ-ТЭЦ с ТНУ),гут/(кВт*ч)Рисунок 3.36 – Удельный расход условного топлива на отпуск электрической энергии(физический метод) для региона «Урал»Удельный расход условноготоплива, гут/(кВт*ч)101400350300250200-26,614,11523,3Температура наружного воздуха, °СУдельный расход условного топлива (ПГУ-ТЭЦ без ТНУ), гут/(кВт*ч)Удельный расход условного топлива (ПГУ-ТЭЦ с ТНУ),гут/(кВт*ч)Рисунок 3.37 – Удельный расход условного топлива на отпуск электрической энергии(физический метод) для региона «Юг»Как было показано в разделе 2, в качестве способа оценки влияния полезногоэффекта утилизации низкопотенциальной теплоты рассмотрим критерий сравнения,заключающийся в определении расхода топлива по системному эффекту.

Для всехрегионов, кроме режима при температуре воздуха, соответствующей наиболее холоднойпятидневке, наблюдается снижение расхода топлива в сравнении с вариантом без ТНУ(рис. 3.38–3.40).Расход натурального топлива,кг/с876543210-25С-2,2С+5,4С+15СТемпература наружного воздуха, °С+18,7СРасход натурального топлива ПГУ-ТЭЦ без ТНУ, кг/сРасход натурального топлива ПГУ-ТЭЦ с ТНУ, кг/сРисунок 3.38 – Расход натурального топлива на отпуск электрической энергии (посистеме) для региона «Центр»102Расход натурального топлива, кг/с76543210-32-5,42,615Температура наружного воздуха, °С18,5Расход натурального топлива ПГУ-ТЭЦ без ТНУ, кг/сРасход натурального топлива ПГУ-ТЭЦ с ТНУ, кг/сРисунок 3.39 – Расход натурального топлива на отпуск электрической энергииРасход натурального топлива, кг/с(по системе) для региона «Урал»76543210-26,614,115Температура наружного воздуха, °С23,3Расход натурального топлива ПГУ-ТЭЦ без ТНУ, кг/сРасход натурального топлива ПГУ-ТЭЦ с ТНУ, кг/сРисунок 3.40 – Расход натурального топлива на отпуск электрической энергии(по системе) для региона «Юг»3.3Выводы по разделу 31.

Проведен анализ возможных источников низкопотенциальной теплоты. В качественаиболее целесообразного варианта источника низкопотенциальной теплоты выбрана103циркуляционная вода конденсатора паровой турбины. Данный источник обладает достаточнымпотенциалом для обеспечения требуемой тепловой нагрузки потребителя. Установка ТНУ нациркуляционной воде позволяет минимизировать влияние на режимы работы оборудованияэнергоблока.2.

В качестве схемы включения ТНУ выбрана схема, параллельная теплофикационнойустановке. Таким образом исключается замещение отборов турбины. Такая схема такжеприменима уже на существующих и строящихся энергоблоках. С помощью параллельнойсхемы возможен дополнительный отпуск электроэнергии потребителю. При параллельнойсхеме упрощается обслуживание и ремонты ТНУ.3. Произведен выбор хладагента ТНУ.

В качестве наиболее эффективных отмечены бутан,аммиак, изобутан. Для расчета тепловых схем ПГУ-ТЭЦ с ТНУ в различных климатическихусловиях России принят бутановый хладагент. Его использование позволяет получить высокуютемпературу конденсации в ТНУ, он обладает благоприятными термодинамическимисвойствами и высоким коэффициентом преобразования, бутан является природнымхладагентом, не оказывающим влияние на окружающую среду. Минусом использованиябутанового хладагента является его взрывоопасность, что требует дополнительных мербезопасности.4. Создана комплексная математическая модель ПГУ-ТЭЦ с ТНУ установленноймощностью 110 МВт. Проведены ее расчетные исследования.

Показано, что использованиеТНУ целесообразно в режимах ГВС и отопительных режимах. При наиболее низкихтемпературах, например, наиболее холодной пятидневки, использование ТНУ отрицательносказывается на показателях эффективности энергоблока.5. КПД брутто и нетто тепловых схем ПГУ-ТЭЦ рассчитан по физическому методу.Применение ТНУ позволяет увеличить КПД брутто энергоблока на 10–15 %, КПД нетто на 3–5%. Наибольший коэффициент преобразования в среднегодовом разрезе достигнут длявариантов схемы в регионе «Юг» –до 3, наименьший– «Урал» и «Центр» до 2,4, что связано сувеличением работы ТНУ в отопительном периоде с низким значением.6.

В целом анализ результатов говорит о возможности реализации теплонасоснойтехнологии и выполнения задачи отпуска дополнительного количества теплоты. Дляокончательных выводов требуется финансово-экономическая оценка результатов, цель которойявляется определение условий окупаемости ПГУ-ТЭЦ с ТНУ.1044Оптимизация схемных решений ПГУ-ТЭЦ с ТНУЦелью данного раздела диссертационной работы является оптимизация схемныхрешений по использованию ТНУ на ПГУ-ТЭЦ на основе их технико- и финансовоэкономических показателей.

Задача оптимизации эффективности ПГУ-ТЭЦ с ТНУявляется многофакторной, в данном разделе рассматриваются частные случаи еерешения.4.1. Способы оптимизации схемных решений по использованию ТНУ на ПГУ-ТЭЦПГУ-ТЭЦ с ТНУ представляет собой сложныйтехническийкомплекс.Под комплексом ПГУ-ТЭЦ с ТНУ подразумевается, прежде всего, собственнопарогазовая установка с основным и вспомогательным оборудованием, включая системусетевых подогревателей, теплонасосной установкой со всеми входящими в нееэлементами. Взаимодействие ПГУ-ТЭЦ с ТНУ осуществляется по технологическимсвязям. Таким образом, эффективность такого комплекса складывается из несколькихсоставляющих: совершенствования газотурбинной части, паросиловой, теплонасосной.При этом особенное влияние на эффективности применения ТНУ в составе ПГУ-ТЭЦоказывают характеристики низкопотенциального источника: его низкотемпературныйпотенциал, температура среды.Можно выделить следующие способы совершенствования комплекса ПГУ-ТЭЦ с ТНУ:– структурная оптимизация;– параметрическая оптимизация;– оптимизация источника низкопотенциальной теплоты для ТНУ.Под структурной оптимизацией понимается совершенствование всей тепловойсхемы ПГУ-ТЭЦ с ТНУ.

Основные вопросы структурной оптимизации заключаются вследующем:–определенииоптимальныхначальныхиконечныхпараметровтермодинамического цикла;– нахождении оптимального разделительного давления паросиловой установки всоставе ПГУ (контура низкого давления);– определении количества контуров давления пара котла-утилизатора;105– для теплоэлектроцентралей – оптимизации характеристик теплофикационнойустановки и графика тепловой нагрузки: нахождения количества ступеней нагревасетевой воды, температуры прямой и обратной сетевой воды и т.д.;– совершенствовании конструкции отдельных элементов тепловой схемы:основного и вспомогательного оборудования;– в оптимизации параметров регенеративной установки (при наличии).Как известно, многие из данных вопросов в достаточной мере освещены висследовательских и диссертационных работах различных авторов.4.1.1.