Диссертация (Исследование схем и параметров энергоустановок ТЭС на основе открытых интерактивных сетевых расчетов), страница 2

д.,2)вычислениеэнергетическихкритериевZ,которыехарактеризуюттермодинамический цикл ЭУ и включают: КПД (COP) цикла ЭУ, мощность турбин(N1,N2,… Nn , число ступеней турбин n определяется конструкцией силового блока исвязано с мероприятиями по модернизации), теплоту Qt и другие параметры,3) оптимизационные расчеты, направленные на поиск оптимального вариантаграничных параметров/условий Y; эти параметры Y относятся, например, к базовойустановке ЭУ и включают:а) давление на входе в турбину, рt,б) температуру на входе в турбину, t3Г ,в) максимальную и минимальную температуры цикла (Ta,Тb),г) другие параметры термодинамического цикла.Для оптимизационных расчетов, в которых исследуется целевая функция Z1(Y)для термодинамического цикла, например, модернизированной установки ГТУ, здесь9критерий Z1 - электрический КПД цикла, являются характерными следующиепризнаки:а) многофакторное и неоднозначное влияние параметров Y на целевую функциюZ1(Y) применительно к установке ГТУ,б) для оптимального варианта цикла или теплосиловой схемы параметры Yотвечают условию Y = Yopt, а критерий Z1 отвечает условию Z1(Yopt) = COPmax; в данномварианте COPmax есть максимальное значение критерия Z1.Подобные целевые функции Z(Y) намечены для исследования в данной работе.Планируемые оптимизационные расчеты направлены: а) на поиск рекомендуемоговарианта граничных параметров Yopt, отвечающих условию Z(Yopt) = COPmax длякомбинированной энергоустановки, б) на формирование соответствующего схемногорешения, в котором имеются блоки, связанные с модернизацией одноименной базовойустановки; например, планируется рассмотреть установку ПГУ, в которую включенблок теплофикационного отбора и производится:а) электроэнергия, определяемая работой турбин Lt и связанная с критерием Z1 =COPЭ или электрическим КПД цикла ЭУ,б) тепло Qt, связанное с блоком теплофикационного отбора и рассматриваемоекак критерий, Zb = Qt, данной установки ПГУ.Такие оптимизационные расчеты, которые являются актуальными для указанныхЭУ и в которых присутствует несколько критериев (Z1,Zb …), будут исследоваться вдиссертации; в этих случаях рассматриваются различные целевые функции (Z1(Y),Zb(Y)…).

Например, при заданном фиксированном значении Zb будет исследоватьсяфункция Z1(Y), при этом оптимизация позволит отыскивать максимальное значение Z1=Z1max.Отметим, что важную роль играют алгоритмы, лежащие в основе указанныхрасчетов. В диссеттации запланировано, например, создать группу алгоритмов,которые представляют интерес при модернизации известных энергоустановок с цельюповышения КПД за счет внесения дополнительных блоков (дополнительные камерысгорания в ГТУ и др.).

Основное внимание будет уделено открытым интерактивнымалгоритмам (OI), которые ориентированы на Интернет и реализуются современнымипрограммными средствами (пакет Mathcad, технология «Mathcad Calculation Server» идр.).В нашем исследовании с позиции терминологии проводятся теплофизическиерасчеты (ТФ - расчеты), в которых:10а) оцениваются критерии Z для энергоустановок ЭУ,б) вычисляются свойства R рабочих тел в заданных точках цикла,в) отыскиваются характеристики процессов (например, расширение водяногопара в турбине),г) вычисляются свойства R рабочих тел при заданных граничных условиях вцикле.Другими словами, в нашей работе выполняется ТФ - расчет или теплофизическоемоделирование (ТФ - моделирование) критериев Z = (Z1, Zb …) и свойств R, например,для установки ПГУ при заданных граничных условиях Y = (Y1 ,Y2, Y3 …).

Используемыйнами термин «сетевой расчет» подчеркивает, что ТФ – расчет выполняется сиспользованием Интернет – ресурса.111. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В соответствии с основными положениями«Энергетической стратегии России на период до 2035 года» и ФЗ-261 «Обэнергосбережении и повышении энергетической эффективности», приоритетныминаправлениями развития энергетики являются повышение энергоэффективности,надежности и экологичности генерирующих производств. Наш анализ, проведенный сиспользованием публикаций [3 … 5,8, 10,12,13, 27, 30… 33, 56, 57], показывает, чтоустановки ТЭС занимают важное место в энергетическом хозяйстве России. Так, по даннымза 2006 г.

установленная мощность тепловых электрических станций составляла 131,9 млн.кВт, из них 64,4 млн. кВт вырабатывается на ТЭЦ. Отметим, что в 2010 г. на ТЭЦпроизводилось около 50 % электроэнергии, вырабатываемой тепловыми станциями, ипрактически все крупные тепловые нагрузки покрывались имиИз анализа следует, что, во – первых, в настоящее время термодинамическаяэффективностьмногихпротиводавлениемиТЭЦ,реализуюткоторыецикл,имеюттеплофикационнуюпроизводящийработуlитурбинутеплотусQ,теплофикационного отбора, является далекой от расчетных показателей. Одна из причинэтого эффекта состоит в том, что многие теплофикационные энергоблоки, например, в силуотсутствия отопительной нагрузки, вынуждены работать до 6 месяцев в году в нерасчетном(конденсационный) режиме, при котором давление на выходе турбины является существенноменьшим, чем расчетное давление.

В итоге этот эффект делает указанные ТЭЦнеконкурентоспособными по отношению к установкам КЭС, в которых теплота отводится кводе, охлаждающей конденсатор, и сбрасывается в окружающую среду.Во – вторых, наблюдается практическое отсутствие внедрения передовых разработокэнергетических технологий, что привело к существенному отставанию энергетики России отэнергетики развитых стран.В – третьих, в работах [10,27,57] обсуждаются следующие важные выводы.1. В ходе выполнения инвестиционной программы РАО ЕЭС России былизапланированы и реализуются ряд проектов по строительству новых установок ПГУ.Основной прирост мощности ожидается с вводом ПГУ, которые имеют условную мощность400 и 450 МВт.

Трудности при проектировании таких установок связаны с тем, что частьблоков установок ГТУ и ПТУ будет поставляться зарубежными фирмами, а другая частьблоков, в том числе котлы – утилизаторы (КУ), должна производиться отечественнойпромышленностью, при этом схемы котлов – утилизаторов должны выбираться/создаваться12Российскими заказчиками, которые имеют очень ограниченную инфармацию обутилизаторах КУ от зарубежных экспертов.В отличие от блоков ПГУ - 450 при сооружении которых в России уже накопленнекоторый опыт и выбор основных параметров не вызывает у проектировщиков большихзатруднений, проектирование новых установок ПГУ существенно затруднено тем, чтоявляется крайне ограниченной информация как по выбору комплектующих блоков, так и пообоснованию оптимальных параметров ПГУ.

Как правило, эта информация имеет видкоротких комментариев, которые содержат не проверенные численные данные и носятрекламный характер.2. Являются интересными и внедренными некоторые схемные решения длякомбинированных энергоустановок [10,27,57].

Например, для конденсационных ПГУ илиустановок ПГУ – КУ (принятое наименование ПГУ – КУ показывает отличие этого типа ПГУот других вариантов [57]: ПГУ с высоконапорным парогенератором, ПГУ с вытеснениемрегенерации, ПГУ со сбросом уходящих газов ГТУ в энергетический котел) предложеныварианты теплосиловых схем, которые имеют условную мощность (250 … 400) МВт ипозволяют получить следующие высокие параметры энергоэффективности:а) внутренний КПД Z2 = 39.1 % для блока ГТУ, входящего в теплосиловую схему,б) электрический КПД Z1 = Э = 60 % для установки ПГУ в целом для некоторыхрежимов работы.3.

Аналогичные высокие параметры энергоэффективности являются вполнедостижимыми для теплофикационных ПГУ или ПГУ – ТЭС, которые имеют условнуюмощность 250 … 400 МВт, содержат теплофикационный блок и котел – утилизатор,использующий несколько контуров давления пара. Вопросы, которые связаны с компоновкойтеплосиловой схемы и поиском оптимальных параметров указанных установок ЭУ, следуетисследовать в данной работе в связи с актуальностью этих проблем.В данной работе планируется уделить внимание оптимизационным расчетам, вкоторых следует рассматривать несколько критериев (Za,Zb …); в этих случаях могутбыть выбраны различные целевые функции (Za (Y), Zb(Y) … ). Анализ показывает, что втипичном случае можно найти первый оптимальный вариант условия Yopt1, когдаэлектрический КПД блока ГТУ отвечает условию COPЭmax= Za(Yopt1), здесь Za(Y) -целевая функция.

Наряду с функцией Za(Y) можно исследовать, например, целевуюфункцию Zb(Y), здесь Zb(Y) = Q - целевая функция теплофикационного отбора, при этомоптимизация позволяет, во - первых, найти второй вариант параметра Yopt2 и вычислить13максимальную теплоту Qmax = Zbmax(Yopt2).Во – вторых, при этих условиях оценкафункции Za(Yopt2) будет существенно ниже, чем COPЭmax.Наши оценки показывают,что поиск компромиссного варианта является нетривиальной задачей в рамкахрассматриваемых вопросов.Намечено исследовать ряд целевых функций, в том числе функцию Z2 = i,которая относится к установке ГТУ и имеет вид уравнения Z2 = Z2(Y2, Y3, Y4, Y5 … ) снесколькими аргументами, здесь (Yi ) – граничные условия.Объекты исследования.

В качестве объектов исследования выбраны схемныерешения, которые можно использовать, во – первых, при модернизации действующихэнергоустановок, и во – вторых, в проектировании новых комплексных установок ЭУ,включая ГТУ, ПГУ и др. с целью повышения КПД, а также улучшения другихэнергетических критериев этих установок (например, с целью снижения объематепловых выбросов для ГТУ и пр.).Наряду с этим исследуются режимы работы комплексных установок ЭУ,включая ГТУ, ПГУ и др., в заданном интервале ΔY = Ymax - Ymin , в котором варьируютсяграничных параметры Y; например, интервалы ΔY для варьируемых параметров Y =(Y2… Y10), относящихся к ГТУ, содержат:1) область высоких температур (Y2 = t3Г = 1000 … 1700 оС),2) область высоких давлений (Y3 = π k = 50 … 100),Рассматриваютсярабочиережимы,которые,во–первых,являютсяоптимальными для данной энергоустановки, во – вторых, отвечают оптимальнымзначениям Yopt = (Yi) и, в – третьих, связаны с мероприятиями по модернизации базовойэнергоустановки.