Автореферат (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов)

На правах рукописиЧЖО КО КОИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ И ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОУСТАНОВОКТЭС НА ОСНОВЕ ОТКРЫТЫХ ИНТЕРАКТИВНЫХ СЕТЕВЫХРАСЧЕТОВСпециальность 05.14.14 – «Тепловые электрические станции,их энергетические системы и агрегаты»Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква-2016 г.1Работа выполнена на кафедре Тепловых электрических станций ФГБОУ ВОНИУ «МЭИ»Научный руководительОчков Валерий Федоровичдоктор технических наук, профессор кафедрыТепловых электрических станцийФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»ОфициальныеоппонентыБарочкин Евгений Витальевичдоктор технических наук, профессор,заведующий кафедрой Тепловых электрическихстанцийИвановскогогосударственногоэнергетического института, г. ИвановоМарченко Евгений Михайловичкандидат технических наук, доцент,генеральный директор ООО «ЭНИВ», г.

МоскваВедущая организацияФГБОУ ВПО «Казанский государственныйэнергетический университет», г. КазаньЗащита состоится 23 ноября 2016 года в 14 часов 00 мин. на заседаниидиссертационного совета Д 212.157.07 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» поадресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.14, корп. И, Зал Ученогосовета НИУ «МЭИ».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»Автореферат разослан___________ 2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.157.07к.т.н., доцент2Ильина И.П.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.

Диссертация посвящена расчетно теоретическомуисследованиютехническихрешенийдлярядаэнергоустановок, в том числе решений, которые связаны с теплосиловымисхемами и методами расчета КПД и других характеристик циклов,относящихся к перспективным энергоустановкам (ГТУ, ПГУ, ПГУ - КУ идр.).Список принятых обозначенийПГУ – КУ - парогазовая установка с котлом – утилизатором,ПГУ – ТЭЦ – парогазовая установка с теплофикационным блоком,IT – Интернет - технологии,«OI – алгоритм» - открытый интерактивный алгоритм,«OI – ресурс» - открытый интерактивный ресурс,Algor - OI - Air_3.1(R, Y, (http://(klm),key(def)) - наименование алгоритма,используемого для расчета свойств воздуха, здесь в имени алгоритма:а) «Algor – OI» - имя, указывающее на то, что данный алгоритмявляется открытым интерактивным,б) Air – имя вещества,в) R = (ρ, h, s, …) свойства вещества;г) Y - граничные параметры,д) (http://klm) – URL - адрес, например,http://twt.mpei.ac.ru/TTHB/kyawkoko/MCS/Worksheets/tps/tab1_2_1_pt.xmcd,е) key(def) – ключ/пароль в виде строковой переменной, включающей12 цифр и символов,Res – OI – Air_3.1(R, U,(https:\\klm),key(def)) - наименование OI - ресурса,используемого для расчета свойств воздуха, здесь в имени ресурса: U –входные данные, например, аргументы U = (Р, Т),Z – энергетические критерии установки ЭУ:Z1 = Э = COP Э – электрический КПД,Z2 = i – внутренний КПД,Z3 = t - термический КПД,Y - граничные условия:Y2 = t3Г - температура на входе в турбину №1,Y3 = πk - степень повышения давления в компрессорном блоке,Y4 = k – число ступеней сжатия,Y6 = t - число ступеней расширения воздуха.В соответствии с основными положениями «Энергетической стратегииРоссии на период до 2035 года» и закона ФЗ - 261 «Об энергосбережении иповышении энергетической эффективности» приоритетными направлениямиразвития энергетики являются повышение энергоэффективности, надежностии экологичности генерирующих производств.

Наш анализ показывает, чтокомплексные энергоустановки (ГТУ, ПГУ и др.), исследуемые в диссертации,вполне отвечают указанным направлениям. Исходя из информации,3представленной в литературе, включая работы Цанева С.В., Бурова В.Д. и др.(2006 г., 2009 г., 2011 г.), Андрющенко А.И.

и др. (1988 г., 1998 г.), ЛебедеваА.С. и др. (2008 г.), Трухния А.Д., Грибина В.Г. и др. (1988 г.), Трухния А.Д.(1999 г., 2013 г.), Костюка Р.И. и др. (1999 г.), Ольховского Г.Г.,Тумановского А.Г. (2000 г.) и Барочкина Е.В. (2014 г.), Лавыгина В.М.,Седлова А.С., Цанева С.В. и др. (2009 г.), мы сделали некоторые выводы.1. В настоящее время термодинамическая эффективность многих ТЭЦ,которые имеют теплофикационную турбину с противодавлением и реализуютцикл, производящий работу, l, и теплоту, Q, теплофикационного отбора,является далекой от расчетных показателей. Одна из причин этогоотрицательного эффекта состоит в том, что данные теплофикационныеэнергоблоки, например, в силу отсутствия отопительной нагрузки, вынужденыработать до 6 месяцев в году в нерасчетном (конденсационный) режиме.2. Требуется достоверная предпроектная подготовка для ряда комплексныхэнергоустановок, например, для установок ПГУ – КУ, которые имеют условнуюмощность (250 … 450) МВт и позволяют получить весьма высокие параметрыэнергоэффективности по сравнению с таковыми для ТЭЦ:а) электрический КПД Z1 = Э = 60.0 % для установки ПГУ в целом,б) внутренний КПД Z2 = Э = 40.0 % для блока ГТУ, входящего втеплосиловую схему.Цели и задачи исследования.

Целью исследования являютсяповышение КПД комплексных установок ЭУ, включая ГТУ, ПГУ и пр., атакже улучшение других энергетических критериев этих установок(например, снижение объема тепловых выбросов для установок ГТУ и ПГУ КУ) за счет модернизации базовой теплосиловой схемы и оптимизациирежимов работы как отдельных агрегатов, так и установки ЭУ в целом.Для достижения поставленных целей необходимо решить следующиезадачи в плане диссертации.1. Создать «Методику оптимизационных расчетов», с помощью которойвыбираются теплосиловые схемы комплексных установок ЭУ (ГТУ, ПТУ,ПГУ и др.) и оптимизируются режимы работы указанных установок ЭУ.2.

Разработать «Комбинированную методику формирования открытыхинтерактивных ресурсов», которые предназначены для исследованияустановок (ГТУ, ПТУ, ПГУ и др.).3. Выбрать теплосиловые схемы энергоустановок (ГТУ, ПГУ – КУ,ПГУ– ТЭЦ и др.) и создать соответствующие OI – алгоритмы для решенияпоставленных задач, в том числе для выполнения оптимизационныхрасчетов, в которых вычисляются энергетические критерии Z, при этомграничные параметры Y варьируются в заданном интервале значений ΔY.4. Создать группу OI – алгоритмов и соответствующих ресурсов,предназначенных для описания свойства R рабочих тел, в том числе таких,как: воздух, Н2О, смесь (Н2О + NaCl), смесь (воздух + Н2О), теплоносители(R407с, R410), тяжелая вода, свинец, висмут, эвтектический сплав Pb-Bi,натрий, калий, уран, диоксид урана, графит, цирконий.45.

Выполнить оптимизационные расчетыприменительно кэнергоустановкам (ГТУ, ПГУ – КУ, ПГУ – ТЭЦ и др.), включая:а) исследование режимов работы указанных установок с применениемцелевой функции Z2(Y) в виде внутреннего КПД энергоустановки в заданноминтервале ΔY = Ymax - Ymin , например, интервалы ΔY для варьируемыхпараметров Y= (Y2 … Y10), относящихся к ГТУ, содержат области высокихтемператур (Y2 = t3Г = 1000 … 1700 оС) и давлений (Y3 = πk = 50 … 100),б) вычисление эффектов ∆Z2(t3Г, πк, t, k …), связанных с изменениемвнутреннего КПД Z2 и мероприятиями по модернизации базовойэнергоустановки.6. Создать базу данных, которая именуется как облачная база данных(ОБД), размещена на удаленном сервере (BS) и содержит ряд Интернет –ресурсов. Осуществить стороннее тестирование базы ОБД.Объекты исследования.

В качестве объектов исследования выбранысхемные решения, которые можно использовать, во – первых, примодернизации действующих энергоустановок, и, во – вторых, припроектировании новых комплексных установок ЭУ, включая ГТУ, ПГУ –КУ, ПГУ – ТЭЦ, с целью повышения КПД, а также улучшения другихэнергетических критериев этих установок; (например, с целью сниженияобъема тепловых выбросов для ГТУ и пр.).Наряду с этим рассматриваются энергетические критерии Z (Z1 = Э, Z2 =i, Z3 = t, Z4 = φcomp = lt_comp ∕qt_l, Z5 = lгт_д …), которые количественнохарактеризуют данное схемное решение для установки ЭУ, здесь Z4 = φcomp =lt_comp ∕qt_l - относительная работа компрессора, Z5 = lгт_д - реальная работаблока ГТ.

Исследуются оптимальные циклы и соответствующие рабочиережимы, которые относятся к проектируемой энергоустановке.Еще один объект исследования представляет собой группу баз данных,которые содержат информацию о теплофизических свойствах рабочих тел иразмещены в Интернете.Научная новизна работы настоящего исследования состоит в том, чтонами впервые получены следующие наиболее важные результаты,представляемые на защиту.1. Численные и графические данные, полученные в оптимизационныхрасчетах и включающие энергетические критерии Z ряда энергоустановок(ГТУ, ПГУ – КУ, ПГУ – ТЭЦ и др.) в той области параметров Y, которая непредставлена в литературе, в том числе информация о термодинамическихциклах ГТУ в интервале значений ΔY, охватывающих:а) область высоких температур (Y2 = t3Г = 1000 … 1700 оС),б) область высоких давлений (Y3 = π k = 50 … 100),в) интервал значений внутреннего КПД или Z2 = i, = (38.65 …46.5) %.2.

Оценки термодинамической эффективности ряда энергоустановок(ГТУ, ПГУ – КУ, ПГУ – ТЭЦ и др.), отвечающих предложеннымтеплосиловым схемам.53. Группа OI – ресурсов, которые ориентированы на энергоустановки(ГТУ, ПГУ – КУ, ПГУ – ТЭЦ и др.) и позволяют клиенту:а) вычислять свойства R рабочих тел в заданных точкахтермодинамического цикла,б) вычислять КПД и другие энергетические критерии Z,в) выполнять оптимизационные расчеты.4. «Методика оптимизационных расчетов», с помощью которойвыбираются теплосиловые схемы комплексных установок ЭУ (ГТУ, ПГУ –КУ, ПГУ – ТЭЦ и др.) и выявляются оптимальные режимы работы указанныхустановок ЭУ; она представляет собой новый подход, который существенносокращает интервал времени Δτw, затрачиваемый на вычисление целевыхфункций Z(Y), за счет:а) применения сервера BS,б) Интернет – технологий,в) автоматизации теплофизических расчетов (ТФ).5.

«Комбинированная методика формирования открытых интерактивныхресурсов», которые предназначены для теплофизических или сетевыхрасчетов (получение численных данных о КПД и других энергетическихкритериях Z, вычисление свойств R рабочих тел и других характеристик); этаметодика представляет собой новую технологию, которая базируется наиспользовании: а) высокоточного уравнения состояния рабочих тел, б) пакетаMathcad и в) Интернет – инструментов.6.

База ОБД, размещенная на сервере BS, имеющая URL – адресhttp://twt.mpei.ac.ru/TTHB/kyawkoko/ и прошедшая стороннее тестирование.Практическая ценность результатов диссертации определяетсявозможностью использования, во – первых, ее выводов и рекомендаций длярешения технически важных задач, которые относятся к действующимэнергоустановкам (ГТУ, ПГУ – КУ, ПГУ – ТЭЦ и др.) и связаны с ихмодернизацией. Эти рекомендации, которые базируются на многочисленныхрезультатах, полученных в оптимизационных расчетах (численные данные оКПД и других энергетических критериях Z), представляют интерес дляспециалистов, которые ведут модернизацию действующих установок ЭУ, атакже заняты поиском перспективных теплосиловых схем и настройкойоптимальных режимов работы указанных энергоустановок,Во – вторых, большая часть интерактивных алгоритмов исоответствующих ресурсов представляет интерес для специалистов,связанных с проектированием перспективных установок ЭУ на этапепредпроектных исследований, а также для студентов и аспирантовтеплотехнических специальностей, включая 05.04.12, 05.14.01, 05.14.03 и05.14.14 в учебном процессе.В – третьих, разработанные интерактивные ресурсы, размещенные вбазе ОБД, являются легко доступными новыми инструментами дляспециалистов, занятых ТФ – расчетами применительно к энергоустановкам(ГТУ, ПГУ – КУ и др.) и свойствам ряда рабочих тел.6Достоверность и обоснованность выводов и рекомендаций,сформулированных в диссертации, определяются:а) методически обоснованными расчетами и контролем точностиполученных численных данных;б) использованием в разрабатываемых материалах («Методикаоптимизационных расчетов» и (2), OI - ресурсы) таких математическихзависимостей и расчетных схем, которые проверены практикой на отдельныхзадачах, встречающихся в области комбинированных энергоустановок;в) согласованностью численных данных, полученных в диссертации, снадежными результатами, опубликованными в технической литературе.Соответствиепаспортуспециальности05.14.14«Тепловыеэлектрические станции, их энергетические системы и агрегаты»:а) разработка научных основ методов расчета, выбора и оптимизациипараметров, показателей качества и режимов работы агрегатов, систем итепловых электростанций в целом,б) исследование и математическое моделирование процессов,протекающих в агрегатах, системах и общем цикле тепловыхэлектростанций.в) разработка конструкций теплового и вспомогательного оборудованияи компьютерных технологий их проектирования и диагностирования.Личный вклад автора.