автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Комплексная оптимизация режимов работы электростанций с учетом факторов экономичности, экологии и надежности

Н - 93- £ 6

/

Российское акционерное общество «Единые энергетические системы России» и акционерное общество «Мосэнерго».

На правах рукописи

КУДРЯВЫЙ ВИКТОР ВАСИЛЬЕВИЧ

комплексная оптимизация режимов работы электростанций с учетом факторов экономичности, экологии и надежности

Специальность 05.14.14 - Тепловые электрические станции

■ \ А 1 У •■>-■' - ;„, "

:серт

в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора^

V7"

технических

наук

МОСКВА-1998

^ ¿Г/п- е

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Трояновский Б.М доктор технических наук, профессор Качан А.Д доктор технических наук, профессор Мошкарин А.В Ведущая организация: Санкт-Петербургкий государственный технический университет

Защита состоится «10» июня 1998 г. в 14 00 часов в аудитории Б-207 на заседании диссертационного совета Д.053.16.01 в Московском энергетическом институте (техническом университете) по адрес}': г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17.

Ваши отзывы в количестве двух экземпряров, заверенные и скрепленные печатью учреждения, просим нгн^аялти tío адресу :

С диссертацией в тир 4 ознакомиться в

библиотеке МЭИ.

111250,г. Москва

юный Совет МЭИ.

Диссертация в

ячша «V »

@1998 г.

Ученый секрс

диссертационного совета а

к.т.н., доцент

В.Ф. Жидких

Общая характеристика работы Актуальность проблемы

Современный этап структурных изменений в электроэнергетике обусловлен переходом народного хозяйства России на рыночные отношения и спадом промышленного производства в оборонных и гражданских отраслях народного хозяйства. Энергетика одна из немногих отраслей, где спад производства энергии за последние 5 лет составлял всего 20%. Однако уменьшение доли промышленных потребителей с 2...3-х сменными режимами работы и значительное увеличение доли коммунально-бытовых потребителей с пиковым режимом электропотребления привели к увеличению неравномерности графиков электрических нагрузок. Вместе с тем ужесточение тарифной политики и как следствие - острый недостаток инвестиций для ввода маневренного оборудования, создает и будет создавать серьезные трудности в поддержании частоты в энергосистеме особенно в периоды прохождения провалов графика электрической нагрузки. Здесь обязательное условие реализации любых новых решений - сохранение надежности оборудования. Для эксплуатационников в условиях значительного увеличения числа остановочно-пусковых, переменных и переходных режимов и длительного срока эксплуатации основного парка оборудования это достаточно трудная и сложная задача. Ужесточение экологических показателей электростанций также предъявляет специфические требования к эксплуатации энергетического оборудования - прежде всего городских ТЭЦ.

Приоритет выполнения на каждой ТЭЦ графика теплоснабжения, а также проектная, конструкторская предназначенность теплофикационных агрегатов для стационарных режимов требуют научного обоснования и экспериментальной проверки любых новых технологических решений, связанных с повышением маневренности без ущерба надежности, экономичности и экологичности оборудования. Учитывая, что доля ТЭЦ в ряде энергосистем составляет значительную величину комплексное решение про-выбора работающего оборудования, оптимального распределения . лтловой и электрической нагрузки является на ближайшие годы общеотраслевой приоритетной задачей.

Расчетные и экспериментальные исследования, проведенные авто-ориентированы на выявление резервов повышения экономичности ..фоты, улучшения экологических характеристик при повышении манев-приности и надежности оборудования ТЭЦ в режимах регулировании гра-иков электрических нагрузок.

Таким образом, разработка основ и методов оптимизаций технических решений есть решение народнохозяйственной проблемы, имеющей важное значение как для Центрального диспетчерского управления, так и любой энергосистемы от Мосэнерго, в составе которой доля ТЭЦ значительна в балансе электрической мощности, до изолированно работающих систем Дальнего Востока.

Цель работы

Создание научных и методических основ для оптимизации режимов работы оборудования и электростанций в целом, разработка и внедрение мероприятий по повышению экономичности, надежности, маневренности и экологичности оборудования тепловых электростанций в переменных режимах.

Для реализации поставленной цели автором проведен комплекс расчетных и экспериментальных исследований на наиболее распространенных в отрасли теплофикационных турбинах типа ПТ-60-130, Т-100-130, Т-250/300-240, конденсационных энергоблоках мощностью 300 МВт и электростанциях в системе Мосэнерго.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• разработана методика комплексной многоцелевой оптимизации режимов работы ТЭЦ, включающая выбор состава генерирующего оборудования и распределения тепловой и электрической нагрузок с учетом факторов экономичности, надежности и экологических требований;

• разработана методика минимизации суммарных выбросов дымовых труб ТЭЦ за счет комбинирования различных технологических способов подавления оксидов азота на котлах при сжигании газо-мазутного топлива;

• разработаны критерии и методика расчета и оптимизации технологических режимов работы основного и вспомогательного оборудования ТЭЦ с поперечными связями при переводе части оборудования и станции в целом на комбинированное (постоянное - скользящее - постоянное) регулирование давления свежего пара при глубоких разгрузках по электрической мощности;

• получены обобщенные энергетические характеристики детандер-генераторных агрегатов (ДГА) в широком диапазоне нагрузок, на основе которых разработаны методики расчета и оптимизации эксплуатационных режимов работы и расчета системного эффекта с учетом реальных условий работы ТЭЦ;

® разработаны и исследованы новые способы изменения электрической нагрузки, технологические и схемные решения, обеспечивающие

высокоэффективную и надежную работу теплофикационных агрегатов, участвующих в регулировании графиков электрической нагрузки.

В целом разработанные методики позволяют вместо общепринятых принципов «маневренность за счет ресурса» или «маневренность за счет технико-экономических показателей (ТЭП)» реализовать новое направление «маневренность при оптимизации ТЭП».

Практическая ценность работы и внедрение результатов работы.

Практическая ценность и значимость диссертационной работы состоит в том, что результаты выполненных экспериментальных и расчетных исследований внедрены и используются в практике эксплуатации теплофикационных агрегатов на многих станциях Мосэнерго и на заводах-изготовителях в течение длительного времени, в частности:

• методика и программный комплекс многоцелевой оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ с учетом факторов экономичности, надежности и экологичности (с применением ПЭВМ в диалоговом режиме) в рамках разрабатываемого АСУ электростанции. Программный комплекс позволяет провести оптимальное распределение тепловой и электрической нагрузок между турбоагрегатами, пиковыми и энергетическими котлами при соблюдении ограничений выбросов и обеспечении эксплуатационной надежности;

« методики определения изменения мощности теплофикационных турбин и эффективности работы ТЭЦ при различных схемах включения ДГА в тепловую схему станции, эксплуатационные характеристики и режимная карта ДГА, полученные на базе промышленных условий на ТЭЦ-21 Мосэнерго;

• методики расчета тепловой схемы и технико-экономических показателей отдельных агрегатов (блоков) и ТЭЦ с поперечными связями в целом при их работе в периоды снижения электрической нагрузки с комбинированным регулированием давления пара за котлами, а также способ повышения эффективности работы агрегатов и станции в целом в этих режимах за счет повышения температуры свежего пара за котлами на 10... 15°С (на ТЭЦ-8 Мосэнерго);

« разработана технология перевода части оборудования и ТЭЦ в целом в режим комбинированного регулирования по давлению свежего пара, рекомендованы критерии по обеспечению надежной работы основного и вспомогательного оборудования в таких режимах;

• разработаны, исследованы и внедрены на многих станциях мероприятия ( режимы воздушного расхолаживания, схема рециркуляции ос-

новного конденсата, режимы работы теплофикационных турбин без пропуска пара в конденсатор и др.), обеспечивающие работу теплофикационных агрегатов в переменных режимах глубоких разгрузок по электрической мощности;

• проведены подробные исследования теплового состояния ЦНД наиболее мощной теплофикационной турбины типа Т-250/300-240 в различных режимах (пуск, холостой ход, малые пропуски пара в конденсатор, работа по тепловому графику), на основе которых разработана система охлаждения ЦНД, обеспечивающая работу турбин данного типа в режимах ре1улирования графиков электрических нагрузок;

• разработаны перспективные способы изменения электрической мощности паротурбинных теплофикационных агрегатов, привлекаемых к регулированию электрических графиков в энергосистемах с большой долей ТЭЦ.

Внедрение разработанных на основе проведенных исследований новых конструктивных, режимных и схемных решений позволяет существенно расширить возможности регулирования графиков электрических нагрузок энергосистем и способствуют повышению технического уровня эксплуатации ТЭЦ с аналогичным теплофикационным оборудованием.

Результаты выполненных в диссертации исследований нашли применение на заводах-изготовителях при совершенствовании тепловых схем, конструкции и режимов эксплуатации теплофикационных и конденсационных турбоагрегатов, использованы для разработки и внедрения эксплуатационных мероприятий с целью повышения маневренности, надежности и экономичности работы теплофикационных турбоагрегатов.

Достоверность и обоснованность результатов работы .

Достоверность и обоснованность результатов работы определены применением современных методов постановки и проведения экспериментов, обработки их результатов, методов математического моделирования и оптимизации с применением ПЭВМ, положительными результатами использования методик внутристанционной оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ, расчета и оптимизации энергетических характеристик ТЭЦ при включении ДГА в тепловую схему, экспериментальных исследований в промышленных условиях перевода агрегатов ТЭЦ в режим комбинированного регулирования по давлению свежего пара, полнотой исследования турбоагрегатов различных типов в широком диапазоне режимов их работы, повторяемостью результатов экспериментальных исследований, проведенных на различных станциях на турбоагрегатах различной мощности и достаточной их сходимостью с результатами, полученными на заво-

дских стендах и различными исследователями опытным и расчетным путем, положительными отзывами и подтвержденными практическим применением предложенных способов регулирования электрической нагрузки, совершенствованию переменных режимов, конструкций и тепловых схем турбоагрегатов.

Автор защищает: Концепцию:

- максимальная маневренность оборудования и электростанции в целом с одновременным обеспечением высоких их показателей по экономичности, надежности и экологичности. Методики:

-многоцелевая внутристанционная оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ с учетом факторов экономичности, надежности и экологии;

-расчет и оптимизация технико-экономических показателей ТЭЦ и энергосистемы в целом при включении ДГА в тепловую схему станции;

-расчет и оптимизация технико-экономических показателей ТЭЦ с поперечными связями при работе на пониженных нагрузках с применением комбинированного способа регулирования (постоянное - скользящее - постоянное) давления свежего пара;

-проведение комплекса экспериментальных работ в промышленных условиях на ЦНД теплофикационных турбин в режимах минимального пропуска и полного прекращения пропуска пара в конденсатор. Программные комплексы:

-расчет и оптимизация энергетических показателей и режимов работы оборудования ТЭЦ при произвольных графиках тепловой и электрической нагрузок станции с учетом экологических ограничений по экономическим показателям, по надежностным критериям или по комплексу этих показателей (компромиссное решение);

-расчет и оптимизация энергетических показателей и характеристик оборудования или станции (ТЭЦ) в целом при работе с комбинированным регулированием давления свежего пара;

-расчет характеристик ДГА и оптимизация технико-экономических показателей ТЭЦ при включении ДГА в тепловую схему станции.

Способы повышения маневренности, эффективности и надежности работы оборудования и станции в целом:

-оптимальное распределение электрической и тепловой нагрузок между агрегатами ТЭЦ с учетом их реального технического состояния по маневренности, надежности и экологичности;

-повышение надежности работы энергетических котлов и их вспомогательного оборудования путем перевода на пониженное давление при разгрузке ТЭЦ;

-комплекс мероприятий, обеспечивающих высокую надежность, экономичность работы ЦНД теплофикационных турбин при минимальных и нулевых пропусках пара в конденсатор;

-повышение экономичности работы ТЭЦ в режимах с пониженным давлением повышением температуры свежего пара при разгрузках ТЭЦ;

-повышение экономичности и экологичности работы станции и энергосистемы в целом за счет широкого внедрения детандер-генераторных агрегатов;

-применения новых высокоэффективных способов изменения электрической мощности теплофикационных агрегатов.

Личный вклад автора:

• разработка и формирование специального направления -повышения маневренности оборудования и электростанций с одновременным обеспечением высокой экономичности и надежности работы при их участии в регулировании графика электрической нагрузки, постановке конкретных задач и разработке методик и программ комплексных экспериментальных исследований, участие в разработке и внедрении методик оптимизации;

• руководство и непосредственное участие в подготовке и проведении экспериментальных исследований в промышленных условиях;

• обобщение и анализ резу льтатов расчетных и экспериментальных исследований и разработка на их основе научных и практических рекомендаций по совершенствованию переменных режимов эксплуатации как отдельных агрегатов, так и ТЭЦ в целом с учетом экологических характеристик котлоагрегатов при сжигании газо-мазутного топлива;

• широкое внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований на действующем оборудовании и ТЭЦ в целом;

• организация и руководство семинарами и совещаниями по вопросам активного привлечения агрегатов и станций в целом к регулированию графика электрической нагрузки.

Публикации по работе.

Основное содержание выполненных исследований, научных, методических и практических разработок изложено в 29 журнальных статьях, тезисах и докладах на конференциях и совещаниях, описаниях к 10 авторским свидетельствам и свидетельству полезной модели.

Апробация работы.

Основные результаты работы, излагаемые в настоящем научном докладе, были представлены на: Всесоюзных совещаниях , Москва, 1977,1978, 1981, 1984гг.; заседаниях Межведомственных комиссий по предотвращению эрозии выходных кромок рабочих лопаток паровых турбин,г. Электринай,1977, Сумгаит, 1978, Раздан, 1979гг.; Всесоюзной школе передового опыта,. Киров, 1984г.; республиканском научно-техническом совещании, Алма-Ата, 1989г.; конференциях Главценгрэнерго, Балаково, 1984, Канаково, 1988гг.; заседаниях НТО и НТС АО «Мосэнерго», 1985, 1989, 1990,1991, 1995, 1997, 1998гг.; научных семинарах кафедр АСУТП и ТЭС Московского энергетического института , 1996, 1998гг.; Ивановского энергетического института, 1998г.; заседаниях НТС АО «Экологические проблемы энергетики»,. Ростов на Дону, 1998г. Отдельные разделы научного доклада обсуждались на заседаниях технического Совета ПО ТМЗ, 1989, 1990, 1992гг. Разработки, вошедшие в диссертацию, экспонировались на ВДНХ и были отмечены медалями, а также неоднократно отмечались премиями и свидетельствами на конкурсах НТО, Минэнерго, Всесоюзных конкурсах на лучшее предложение по экономии электрической и тепловой энергии. По результатам работы в соавторстве получено 10 авторских свидетельств СССР на изобретение и одно свидетельство России на полезную модель патента.

Ниже изложены сущность и основные результаты выполненных автором исследований по теме диссертации.

1. методика многоцелевой оптимизации режимов

РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ

1.1. Методика оптимизации

Оптимизация режимов работы оборудования тепловых элек