автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Методы анализа тепловой экономичности и способы проектирования энергетических объектов ТЭС



*-—

На правах рукописи

МОШКАРИН АВДРЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

МЕТОДЫ АНАЛИЗА ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ И СПОСОБЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ТЭС

Специальность 05.14.14. Тепловые электрические станции (тепловая часть)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА -1996-

Работа выполнена на кафедре Тепловых электрических станций Ивановского государственного энергетического университета.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Елизаров Д.П., доктор технических наук, профессор Шшденко В.В., доктор технических наук, профессор Шарапов В.И.

Ведущее предприятие: Уральский теплотехнический научно-исследовательский институт (УралВТИ).

Защита состоится "17" мая 1996 г. в .14-00 часов в аудитории Б-207 на заседании диссертационного совета по защите докторских диссертаций Д.053.16.01 при.. Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д.17.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учереждения) направлять по адресу: 111250, Москва, Е-250, Красноказарменная, 14, Ученый Совет МЭИ.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан

« £» Л

.1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Г

Жидких В.Ф.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка методов анализа тепловой экономичности ТЭС и совершенствование технологии проектирования энергетических объектов на основе ее компьютеризации не в меньшей степени, чем применение новых материалов и более высоких начальных параметров, способствует дальнейшему развитию теплоэнергетики, получению экономичных, надежных и экологически чистых решений.

Выбор наиболее перспективных проектных решений при проектировании новых или модернизации существующих ТЭС во многом зависит от применяемых методов анализа тепловой экономичности.

Высокая тепловая экономичность проектного варианта способствует решению задачи энергосбережения и защиты окружающей среды. .

Все большее число исследователей приходит к выводу об ошибочности теплового анализа и оптимизации отдельно взятого объекта без учета его влияния на общие показатели ТЭС. Последнее относится к испарительным установкам ТЭС, к системам пароснабжения, отопления и вентиляции главных корпусов и другим теплоэнергетическим объектам ТЭС. Решение таких задач для реальных тепловых схем наиболее целесообразно проводить на основе единых методических принципов, базирующихся на термодинамических категориях и обобщающих накопленный опыт анализа реальных тепловых схем.

Характерной особенностью отечественной энергетики является значительная доля теплоэлектроцентралей в общем балансе энергогенерирующих мощностей. Большая продолжительность работы турбоустановок ТЭЦ в теплофикационных режимах должна учитываться в приемах и методах анализа структурных изменений в тепловых схемах.

Результаты сопоставления тепловой экономичности проектных решений являются основой для проведения технико-экономического обоснования предлагаемого к реализации проектного варианта. Во многих случаях лучшее по тепловой экономичности проектное решение соответствует и наиболее эффективному варианту технико-экономических расчетов.

Большую важность и актуальность в последние десятилетия приобрели вопросы проектирования испарительных установок ТЭС, так как на их основе решается проблема создания ТЭС с сокращенными стоками.

Принятие рационального проектного решения возможно только на основе комплексного анализа как тепловой экономичности испарительной установки (блочной или автономной) так и влияния схемы ее включения на тепловую экономичность ТЭС в целом.

Все изложенное выше говорит о том, что развитие известных и создание новых методов анализа тепловой экономичности от изменений, вносимых в реальные тепловые схемы, как на стадии предпроектных разработок новых ТЭС, так и на стадии оценки вариантов модернизации существующих ТЭС, является и будет оставаться актуальной проблемой теплоэнергетики.

Техническое совершенство принимаемых к реализации проектных решений зависит от технологии проектирования, наличия и возможностей программно-технического обеспечения.

Особое внимание в настоящее время начинает уделяться проблеме сквозной компьютеризации проектирования.

Технология проектирования ТЭС чрезвычайно сложна. Она охватывает не только достаточно далекие друг от друга области знаний, но и связывает друг с другом на правовом, организационном и производсвенном уровне целый ряд, организаций и заводов, участвующих в процессе проектирования. Исследования технологии проектирования ТЭС на современном этапе носят отрывочный характер и чаще всего затрагивают частные вопросы совершенствования отдельных этапов проектирования. Между тем оснащение проектных организаций локальными вычислительными сетями ПЭВМ с развитой периферией (графопостроители, сканеры и т.д.) оказывает существенное влияние на эволюцию технологии проектирования.

При этом важное значение приобретают способы формального представления технологии проектирования ТЭС, критерии оценки ее отдельных этапов и программно-технических комплексов, а также выбор основных направлений разработки программного обеспечения, отвечающего специфике проектирования . ТЭС. В отличие от машиностроения при проектировании ТЭС доля программных продуктов, основанных на параметрическом задании объекта, значительно ниже, а доля задач расчетного обоснования нетипового решения выше. Значительно выше потребность разработки специальных программных средств ведения проектной документации (чертежей, описей, спецификаций) как с целью контроля за ходом проектирования, так и с целью использования в процессе проектирования повторяющихся элементов ранее полученного решения.

Разработка научно-обоснованного подхода к решению поставленных задач, их решение на примерах не исследованных областей анализа реальных тепловых схем КЭС, ТЭЦ, ПГУ, а также создание методов оценки технологии проектирования объектов ТЭС и эффективности ее компьютеризации, практической разработки и реализации ряда программных пакетов по проектированию, отражающих основные направления развития программного обеспечения, составляют предмет настоящей работы, которая, по мнению автора,. может быть квалифицирована как теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы энергетики, имеющей важное народохозяйственное значение.

Цель работы - создание методов анализа реальных тепловых схем КЭС и ТЭЦ для оценки новых проекгно-технических решений, алгоритмов расчета и выбора оптимальных схем и состава теплоэнергетического оборудования, программных комплексов по проектированию объектов ТЭС и критериев оценки эффективности их внедрения в технологию проектирования.

Научная новизна:

1.Разработаны и апробированы в практике проектирования новые методы анализа, расчета и оптимизации объектов ТЭС, ориентированные на создание программных комплексов для 'проектных институтов, существенно расширяющие возможности анализа, синтеза, архивации и графической интерпретации технических решений.

2.Разработан метод коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении, позволяющий описывать зависимость тепловой экономичности от изменений, вносимых в схемы теплофикационных турбоустановок в режимах их работы с минимальным пропуском пара в конденсатор.

3.Разработаны новые приемы и методы анализа тепловых схем на основе энергетических коэффициентов, расширяющие границы их применения, учитывающие режимы работы турбоустановок при решении ряда задач выбора технических решений по схемам отпуска пара и его охлаждения, по схемам включения блочных и автономных испарительных установок на КЭС, ТЭЦ и ПТУ, по схемам регенеративного нагрева воды в ЛГУ.

4.Разработаны новые обобщенные аналитические методы расчета различных испарительных установок поверхностного типа, на основе которых дан анализ их производительности в зависимости от режимов работы турбоагрегатов КЭС и ТЭЦ, выполнен выбор оптимальных схем, параметров и типоразмеров оборудования испарительных установок для широкого спектра исходных условий проектирования; созданы алгоритмы инженерных расчетов, обеспечивающие анализ и синтез проектных решений при реализации их на программном уровне.

5.Предложена формализация представления технологии проектирования ТЭС на основе теории графов для описания взаимосвязанных сетей программно-технических комплексов, информационных и организационных сетей, на базе которой получены критерии сложности и трудоемкости технологии проектирования, обеспечивающие оценку эффективности внедрения программно-технических комплексов.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанный и изложенный в примерах метод коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении открывает новые возможности для инженерных методов оценки эффективности изменений, вносимых в тепловые схемы теплофикационных турбоустановок, дополняет существующие методы коэффициентов ценности тепла и коэффициентов изменения мощности при расчете суммарного годового эффекта, учитывающего режимы работы турбоустановок ТЭЦ.

2.Предложенный метод оценки тепловой экономичности схем отпуска пара потребителям и результаты расчетов, выполненные на его основе, позволили выработать рекомендации по выбору рациональных проектных решений пароснабжения.

3.Полученные результаты расчетных и опытных исследований по повышению эффективности использования тепловыделений оборудования в основном цикле производства тепловой и электрической энергии, использованы при разработке и реконструкции схем подогрева воздуха в системах отопления и вентиляции главных корпусов ТЭС.

4.Результаты исследований, выполненные на основе разработанных методов расчета, анализа и оптимизации испарительных установок представлены в виде обобщающих номограмм, повышают эффективность выбора проектного решения. Созданные на основе этих методов и внедренные в проектные институты программные пакеты обеспечивают проведение анализа и синтеза проектного решения.

5.Разработаны новые схемы испарительных установок для ТЭЦ, защищенные авторскими свидетельствами N594056, 958664, 964200, 1106911, 1671910.

6.Разработан и реализован способ компьютерного макетирования и анимационного представления зданий и сооружений ТЭС.

7. Создано и внедрено в практику проектирования инструментальное программное средство для ведения текстовой и графической проектной документации, обеспечивающее работу в локальной вычислительной сети.

Реализация результатов работы. Результаты расчетов по анализу тепловой экономичности схем включения и оптимизации испарительных установок использованы ВНИПИЭнергопромом для технико-экономического обоснования областей применения термических методов водоподготовки и нашли отражение в действующих нормах проектирования тепловых электрических станций.

Методы расчета и оптимизации испарительных установок и созданные на их основе прикладные программные пакеты использованы при проектировании испарительных установок ТЭЦ Тобольского НХК, ТЭС "Рамин"(Иран), ТЭС "Понтианак" (Индонезия), в техническом предложении по схеме многоступенчатой испарительной установки для газлифтной компрессорной станции Семанского месторождения нефти. ... Результаты натурных и расчетных исследований систем отопления и вентиляции главных корпусов ТЭС использованы при реконструкции систем вентиляции главных корпусов Костромской и Киришской ГРЭС, а также в технических предложениях по реконструкции систем вентиляции Ириклинской ГРЭС, Калининской ТЭЦ-4 и Барнаульской ТЭЦ-2. , Разработанный способ компьютерного макетирования и анимационного представления зданий и сооружений ТЭС применен в АО Зарубежэнергопроект в тендерном проекте ТЭС "Арак" (Иран).

Разработанные под руководством автора прикладные программные пакеты по проектированию элементов ТЭС внедрены в практику проектирования АО Зарубежэнергопроект.

В 1989 году технический проект малоотходной ТЭС на основе ПГУ с многоступенчатой испарительной установкой, в разработке которого автор принимал непосредственное участие, отмечен премией Государственного комитета по науке и технике СССР.

Достоверность результатов, получаемых при использовании математических моделей расчета блочных испарительных установок, подтверждается результатами испытаний, выполненных на Сургутской ГРЭС-2 (1990г.) и на ТЭЦ-21 Мосэнерго (1976г.), а математических моделей МИУ, опытными данными, полученными в исследовательских и наладочных организациях.

Автор защищает:

1.Новый подход к разработке методов анализа, расчета и оптимизации проектируемых объектов ТЭС, заключающийся в их алгоритмизации, ориентированной на создание программных комплексов для проектных институтов, отличающийся существенно более широкими возмозкностями

анализа, синтеза, архивации и графической интерпретации получаемых проектных решений.

2.Метод коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении для анализа изменений в тепловых схемах теплофикационных турбоагрегатов.

3.Методы и результаты оценки тепловой экономичности схем отпуска пара внешнему потребителю, эффективности возможных и существующих систем охлаждения пара в РОУ, охлаждения впрыском в промежуточном пароперегревателе.

4.Новые обобщенные аналитические методы расчета и оптимизации испарительных установок поверхностного типа и их схемы для КЭС, ТЭЦ, ЛГУ, алгоритмы и программные комплексы по их проектированию, приближенный метод оценки изменений в схемах многоступенчатых испарительных установок.

5. Способы, принципы компьютерного макетирования зданий и сооружений ТЭС, построения инструментальных средств для ведения проектной документации и прикладных программных комплексов по проектированию объектов ТЭС.

6.Критерии оценки сложности и трудоемкости технологии проектирования ТЭС, на основе ее формального представления в виде взаимосвязанных сетей программно-технических комплексов, организационных и информационных сетей.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на следующих международных, всесоюзных, республиканских и региональных конференциях и семинарах:

-всесоюзном совещании "Использование морских и солоноватых вод на ТЭС и задачи научных исследований"(г.Баку, 1976);

-итоговых научно-технических конференциях ИГЭУ (ИЭИ) (г.Иваново, 1974, 1975, 1976, 1977, 1979);

-всесоюзном совещании "Термические методы обработки воды на ТЭС и задачи научных исследований" (г.Челябинск, 1977);

-всесоюзном совещании "Пути развития водоподготовки и водной химии в тешюэнергетике"(г.Челябинск, 1980);

-межвузовском научно-техническом семинаре "Использование ЭВМ в учебном процессе и в научных исследованиях" (Иваново, 1989);

-межвузовском семинаре "Проблемы повышения эффективности проектируемых теплоэнергетических установок и энергосбережения" (г.Саратов, 1989);

-региональной научна-технической конференции "Компьютерная технология в учебном процессе высшей школы"(г.Челябинск, 1989);

-всесоюзной научно-технической конференции "Научные основы создания энергосберегающей техники и технологии" (Москва, 1990);

-международных и всесоюзных научно-технических конференциях "Состояние и перрспективы развития электротехнологии" (Бернардосовские чтения, г.Иваново, 1981, 1989, 1994);

-республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике" (г.Иваново, 1991);

-международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (г.Москва, 1991).

Основные положения и выводы по отдельным разделам работы докладывались и обсуждались также на научно-технических и научно-методических семинарах в следующих организациях: Костромская ГРЭС (1975, 1980); Аннабинский университет (Алжир,1985); ИГЭУ (кафедра ТЭС, теплоэнергетический факультет, 1993, 1995); НижневартовскНИПИНЕФТЬ (1989,1990); АО Зарубежэнергопроект (1994), МЭИ (кафедра ТЭС, 1996).

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планами и основными научными направлениями Ивановского государственного энергетического университета в рамках комплексной научной программы Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда" (1986-1990гг.), а также в рамках программы "Перспективные информационные технологии в высшем образовании" (1991-1994гг.) по направлению "Автоматизация проектирования".

Публикации. Содержание диссертации нашло отражение в 79 печатных работах автора, в том числе в 1 монографии, 37 статьях, 3 учебных пособиях, 5 авторских свидетельствах на изобретения, 8 информационных листках ЦНТИ, 11 тезисах докладов международных и всесоюзных научно-технических конференций и совещаний, в 14 тезисах докладов республиканских конференций и научно-технических конференций ИГЭУ (ИЭИ). Содержание работы отражено также в 23 отчетах НИР, в выполнении которых автор принимал непосредственное участие.

Структура и объем диссертации. Работа включает введение, - семь глав, заключение, список литературы и приложения, содержащие отдельные результаты разработок и материалы, относящиеся к внедрению результатов.

Основной материал изложен на 304 страницах машинописного текста. Работа включает также 135 рисунков и 52 таблицы на 101 странице. Список литературы состоит из 316 наименований.

Содержание работы

Во введении показана актуальность работы, дана ее общая характеристика, сформулированы общие цели и задачи.

В первой главе дан обзор существующих методов анализа реальных тепловых схем ТЭС и рассмотрены вопросы состояния технологии проектирования.

1.1.Методы анализа тепловых схем начали развиваться в 30-е гг. и их роль неизменно повышалась с усложнением схем ТЭС, появлением новых элементов, ростом начальных параметров.

Развитие методов анализа в нашей стране связано с именами Рубинштейна Я.М., Щепетильникова М.И., Гохштейна Д.П., Фукса Г.И., Калафати Д.Д., Андрющенко А.И., Рыжкина В.Я., Кузнецова А.М. и других исследователей. Из зарубежных работ следует отметить методы, разработанные Солсбери И., Фултоном С., Рикаром И., Некольным Е., Панцером X., Вайром С., Чианторе Ж., Алленом В.

Все существующие методы анализа позволяют уйти от весьма трудоемких балансовых расчетов, в которых оценка изменений в схемах выполняется путем сопоставления двух тепловых балансов и нахождением сравнительно малой величины (доли процента) как разности двух больших.

В отечественной практике анализа реальных тепловых схем наибольшее применение нашли методы с использованием характеристических коэффициентов. Это методы коэффициентов ценности тепла (к.ц.т.) и коэффициентов изменения мощности (к.и.м.), разработанные Рубинштейном Я.М. и Щепетильниковым М.И. Большинство методов анализа, созданные позднее, уступают по своим возможностям отмеченным методам или являются их частными случаями.

Методы к.и.м. и к.т.ц. применяются для анализа тепловых схем турбоустановок, работающих в режимах больших пропусков пара в конденсатор. Турбоустановки ТЭЦ продолжительное время работают в теплофикационных режимах с минимальным (вентиляционным) пропуском пара в конденсатор. Поэтому в последние десятилетия в ЦКТИ, ИГЭУ, МЭИ и в других организациях создан ряд методов анализа тепловых схем теплофикационных турбоустановок.

Недостатком метода расчета значений к.и.м. для ступеней подогрева схем теплофикационных турбин, предложенного Гельтманом А.Э. и Шапиро Н.И., является его высокая сложность. Понимая это, сами же авторы предложили для практического использования графические зависимости для нахождения значений к.и.м. Метод коэффициентов эффективности отборов, разработанный Буланиным В.А., по своей сути близок к методу к.ц.т., но для точной количественной оценки структурных изменений в реальной тепловой схеме требует введения большого числа поправок. Метод расчета значений к.и.м. через коэффициенты приращений расхода в отборы, предложенный Алиевым A.A., Абрамовым А.И., Седловым A.C., исключает возможность применения ранее полученных Щепетильниковым М.И. рекуррентных зависимостей для расчета к.и.м. каскадных и узловых ступеней и' может применяться лишь для турбоустановок без промперегрева.

Между тем потребность проведения теоретического исследования целого ряда вопросов, связанных с анализом тепловых схем ТЭЦ (исследование схем отпуска, пара, систем регенеративного подогрева, схем испарительных установок и др.), ставят задачу развития метода к.и.м. на основе типового подхода к расчету значений к.и.м. Это возможно на основе методического подхода, предложенного автором данной работы совместно с проф. Щепетильниковым М.И. еще в 70-ые гг.

1.2.Важным вопросом для теплоэнергетики в последние годы стал вопрос проектирования испарительных установок ТЭС, число которых в проектах возрастает в связи с требованием строительства ТЭС с сокращенными стоками.

Значительный вклад в разработку вопросов проектирования ТЭС с испарительными установками внесли работы Лавыгина В.М., Седлова АС., Абрамова А.И., Рыкова А.П. и других сотрудников МЭИ, выполненные под руководством проф. Стермана JI.C.

Исследования отдельных вопросов проектирования ТЭС с испарительными установками в МЭИ, УралВТИ и Уралтехэнерго не ставили перед собой задачу обобщения накопленного опыта анализа тепловой экономичности и рекомендаций проектным организациям по оптимальному составу оборудования ко всему возможноному спектру испарительных установок для КЭС и ТЭЦ. Поэтому до настоящего времени основные недостатки термического метода подготовки воды на ТЭС связаны с ошибками проектирования (дефицит дистиллята, неэкономичные схемы включения).

Наиболее ответственным является этап выбора технического решения по испарительной установке ТЭС. Особенную сложность имеет выбор решений по многоступенчатым испарительным установкам (МИУ), который производится по удельным показателям.

Методики расчета удельных показателей МИУ, разработанные Голубковым Б.Н., Вайсблатом М.Б., Кузнецовой Ж.Р., Кордасевичем О.А. и другими авторами, предназначены дяя дисгилляционных опреснительных установок и могут быть использованы лишь для частных случаев схем МИУ ТЭС, так как последние имеют не только последовательные, но и параллельные схемы питания, включают в себя тракт нагрева внешнего теплоносителя (дистиллята, сетевой воды). В связи с этим возникает потребность разработки более общих методик расчета показателей МИУ с разветвленной системой регенерации, методов их оптимизации и получения результатов, необходимых проектным организациям для выбора предварительных технических решений.

Не менее важным вопросом является разработка и внедрение в проектные институты прикладных программных пакетов по проектированию блочных и многоступенчатых испарительных установок, позволяющих проектировщику проводить анализ и синтез технического решения, выбор основного оборудования и трубопроводов, получения чертежей компоновки технологических узлов.

1.3.Наиболее объемным и трудоемким этапом проектирования является этап рабочего проектирования, к выполнению которого привлекаются десятки субподрядных организаций. Оснащение проектных институтов локальными вычислительными сетями и соответствующим программным обеспечением создает возможности не только для повышения качества проектной документации, но и условия для совершенствования технологии проектирования ТЭС на основе создания информационных систем, параметрического задания объектов проектирования и инструментальных средств ведения и архивации проектной документации.

Вторая глава посвящена разработке метода кэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении для анализа тепловых схем ТЭЦ.

2.1.Особенностью анализа тепловых схем теплофикационных турбин является необходимость учета значительных изменений внутреннего к.п.д. части низкого давления (ЧНД) от расхода пара при постоянном давлении в теплофикационном отборе.

Для нахождения значений к.и.м. в условиях решения рассматриваемой задачи можно воспользоваться эмпирической зависимостью мощности ЧНД

от расхода пара, которая при поддержании постоянного давления в нижнем теплофикационном отборе аппроксимируется линейной функцией:

Мщщ =а + ЬВЦЯД . (1)

По изменению мощности на 1 кг пара в ЧНД можно определить к.и.м. для нижнего теплофикационного отбора

етн = Ь/{ИТН - 4га) (2)

Величина Ь играет роль некоторого условного эквивалентного теплопадения, которым учитывается не только влияние действительного теплопадения, но и динамика его изменения, включая изменение выходных потерь. По величине еш расчет к.и.м. для вышестоящих ступеней выполняется по известным рекуррентным зависимостям.

Для турбин с двумя отопительными отборами можно так же найти некоторое усредненное значение к.и.м. для теплофикационных отборов (ет), если использовать графики нормативных удельных расходов тепла в зависимости от тепловой нагрузки (£)г) и электрической мощности (АО-

Построив на этих графиках линии Од = дтМ + ()т, можно получить сетку кривых, с помощью которых величина ет находится как отношение приращения мощности к приращению расхода тепла в теплофикационные отборы (см. рис.1). Величина ет устойчиво сохраняет свои значения для широкого диапазона изменения отпуска тепла при разных ртв. По

соотношению расходов пара в отборах ср = Вгв/(ЛТ£ + Вгп) значение етп определяется из выражения:

1 - етн = и - ет )/[1 - Фг (Ага - Лш )/(Ага ~ Ч,тв )]• (3)

Для целого ряда турбин оценку ег можно произвести по энергетическим характеристикам, записанным в виде уравнений:

Од = А + с^ + с20п + с3(2т.

Величина ег находится как частная производная ЭЫ/д()т при и

равна отношению с1 к с3. Для турбин Т-110-130 и Т-175-130 с учетом (3) соответственно равны 0,104 и 0,112.

Для новых теплофикационных турбин оценка значений Ь в уравнении (2) может выполняться как для режима с полностью открытой диафрагмой, т.к.

при больших Лк изменение расхода пара в ЦНД мало сказывается на

(см. рис.2), т.е. Ъ = Ц™*На-

Введение значений етн в уравнение расчета к.и.м. узловых ступеней подогрева и в уравнение расчета внутреннего абсолютного к.п.д. турбоустановки позволяет исключить величину конечной энтальпии процесса расширения пара и записать уравнения в виде:

кВт/кВт 1,9

1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0

40 50 60 70 80 90 100 МВт

Рис. 1. Удельный расход тепла на турбину Т-110-130 (двухступенчатый подогрев сетевой воды 1*^=0,1176 МПа)

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О

/

/

^чкд

0 30 50 70 к]

Рис.2.Внутренний относительный к.п.д. части низкого давления турбины Т-110-130 (Ртн=0,059 МПа, Рк=0,0049 МПа)

О

1 кг/с

к*.

■О

Рис.З.Принциниальная схема отпуска пара промышленному потребителю через струйный компрессор (трансформатор тепла).

* трт 0,86

0,84

0,82

0,80

0,78

0,76

Л.

4 \

40^ о ■300 \

2,6

3.0

3.4

3.8 Л™.мПа

Рис.4. Зависимость кл;.т. струйного трансформатора тепла от параметров отпускаемого гшрам^.-,^

Рис.5.Прирост удельного расхода тепла на тур-боустановку в зависимости от величины впрыска воды в промперегреватель:

- результаты расчета; - - - данные Отго

(Германия); 1,а - без учета вторичных изменений; 2- влияние смещения процесса расширения в ЧВД (при Н=сопй); 3- влияние повышения мощности питательного насоса; б- вторичное влияние.

% от расхода острого пара

% от расхода пара в ЧСД

К ~ Ьтн + етл(Апг ~ Ч,тп) ~ Е еМ

е ----1-, (4)

к-и

. . я

етн\^ти - Ь,тн) - ЦеМ

711 --1-1-2-■ <5>

"о - ы.в.

Аналитически доказана возможность приведения зависимостей для расчета к.и.м., предложенных Шапиро Н.И., к известным рекуррентным выражениям, полученных ранее проф. Щепетильниковым М.И.

2.2. Для анализа тепловой эффективности изменений в схемах в режимах работы с закрытой регулирующей диафрагмой разработан метод коэффициентов приращения мощности (к.п.м.) на тепловом потреблении. К.п.м. показывает какое изменение мощности происходит при подводе тепла в какую-либо ступень подогрева в условиях постоянства отвода теплоты в конденсатор (0к=сол5/).

Уд0)& 1-п

Для смежных каскадных ступеней нагрева, кроме ступени, питаемой из холодной линии промперегрева, соотношение между значениями к.п.м. определяются по зависимости:

1 + + . (7)

а для ступени х, питаемой паром из холодной линии промперегрева по уравнению:

7 + £х=( 7 + (8)

Пх ~ 1д,х пх - 'д,х

При перетоках теплоты 0 в смежных ступенях (при структурных изменениях схемы) величины изменения мощности турбоустановки и расхода тепла на нее при Qк=const численно равны друг другу и определяются из уравнения:

ЛЫ = А0о={еы-е])0 (9)

Исходя из соотношений между значениями к.п.м. и коэффициентами приращения расхода в отборы (ф) выведены рекуррентные уравнения расчета последних для каскадных ступеней.

2.3.Оценку эффекта от изменений, в схемах турбоустановок ТЭЦ предложено производить по сумме эффектов, получаемых в основных режимах работы теплофикационных турбин: летнем режиме работы с поддержанием постоянного давления в нижнем теплофикационном отборе; в режиме работы по электрическому графику с частично или полностью открытой диафрагмой и в теплофикационном режиме (с закрытой регулирующей диафрагмой). В первых двух режимах эффект можно рассчитывать при условии С„=соя5/ или Ы=соШ, т.е. по методам к.и.м. или к.ц.т., а для теплофикационного режима (0к=сот1) по методу к.п.м.

В третьей главе рассмотрен ряд специальных задач анализа тепловых схем, возникающих1 при выборе технических решений на стадиях предпроектных разработок тепловых электрических станций.

3.1.Исследование схем пароснабжения потребителей из отбора турбины, от редукционно-охладительной установки и от паровой котельной проведено с использованием методов к.п.м: и к.ц.т.

Расход пара от РОУ складывается из долей расхода острого пара и воды, впрыскиваемой из промежуточной ступени питательного насоса, а при низких температурах пара (150°С) из напорной линии конденсатных насосов. Пар и вода, подводимые к РОУ, проходят соответственно полный или частичный регенеративный нагрев, вследствие чего энергоценность отпускаемого пара ниже, чем пара, отпускаемого от паровой котельной, но выше, чем для пара из отбора турбины (см. табл.1). Расчетные значения к.ц.т и к.п.м. для РОУ ЧЗЭМ даны в табл. 2.

Таблица 1. Удельная экономия условного топлива (кг) при отпуске 1т/ч пара

Вариант отпуска пара

РОУ старой РОУ Паровая Отбор П

конструкции ЧЗЭМ котельная турбины

-2,36 0 -10,14 22,2

Таблица 2. Значения коэффициентов ценности тепла для редуцированного через РОУ ЧЗЭМ острого пара

Давление острого и редуцированного пара, МПа Температура пара за РОУ, °С Производительность РОУ, т/ч %РОУ £РОУ

13,7/1,5 250 60 0,861 0,0755

13,7/1,2-3,2 425-250 125 0,861-0,864 0,065-0,073

13,7/1,0-1,6 250 150 0,868-0,866 0,072-0,073

13,7/9,8 510 170-230 0,883 0,0635

13,7/1,3 270 350 0,869 0,070

Показано, что для ТЭЦ, имеющих турбины с промперегревом (Т-180-130 и Т-250-240), следует стремиться к максимальному отпуску пара через РОУ, устанавлеемых на холодной линии промперегрева, что позволяет снизить £ до 0,77 и повысить £ до 0,37.

3.2.При глубоком охлаждении пара в РОУ (до 150°С), применяемая на практике схема впрыска холодного конденсата, может быть заменена схемой многоступенчатого охлаждения впрыском воды, отводимой долями за супенями регенеративного подогрева. Исследование показало, что увеличение числа ступеней охлаждения по сравнению с одноступенчатым охлаждением дает прирост экономии топлива, возрастание которого уменьшается с ростом числа ступеней. Так при двух ступенях охлаждения он составляет-1,8%, а при шести -3,69%.

3.3.Изучена возможность применения для РОУ поверхностных охладителей пара, включенных по схемам Рикара-Некольного и Виолена. Показано, что схема Виолена более экономична, однако и она уступает схеме охлаждения пара впрыском.

3.4.Тепловая экономичность пароснабжения в отдельных случаях может быть повышена с помощью трансформаторов тепла-струйных паровых компрессоров (см. рис.3).

Рассмотрение этой задачи для условий реальных промышленно-отопитеЛьных ТЭЦ показало, что при давлениях отпускаемого пара 2,5-4,0 МПа они обеспечивают большую эффективность, чем РОУ (см. рис. 4).

3.5.Для уточнения оценки тепловой экономичности влияния впрыска воды при регулировании температуры промперегрева пара (в отечественной и зарубежной литературе имеются расхождения в результатах исследований) проведено аналитическое исследование на основе к.ц.т. с привязкой к схеме блока 800 МВт. Использован методический прием наложения на основной цикл условного цикла, рабочим телом в котором является впрыскиваемая вода. При этом выполнен учет поправок на изменения процесса расширения и мощности питательного насоса. Полученные результаты согласуются с данными зарубежных экспериментальных исследований (см. рис.5).

3.6.Для утилизационных ПГУ, работающих на серосодержащем газотурбинном топливе, показана эффективность применения регенеративного подогрева воды до температуры 100-105°С, определяемой точкой росы в уходящих газах котла-утилизатора (о^=5-3). Число регенеративных подогревателей воды составит 1-2. Для условий рассматриваемой задачи получено уравнение для определения параметров отбора, ниже которого отборы пара на регенерацию будут приводить к повышению тепловой экономичности ПГУ

Максимальный прирост к.п.д. паровой пристройки от введения подогрева воды составит 0,7%, а ПГУ -0,4%.

А,. =1К +

(Ю)

3.7.На основе методов к.ц.т. для ГРЭС и к.п.м. для ТЭЦ разработана методика оценки тепловой эффективности использования тепловыделений оборудования в проектируемых и реконструируемых системах вентиляции и отопления главных корпусов. Методика предусматривает расчет вентиляции и отопления при нагреве приточного воздуха в калориферах, включенных в тепловые схемы ТЭС, доя ряда характерных температур стояния наружного воздуха, нахождение допустимой величины воздуха, забираемого из котельного отделения, и определение величины экономии топлива при снижении теплоты на нагрев воздуха, подаваемого на горение.

Для ГРЭС экономия топлива находится по уравнению

АВ^х,АВп где лД = -, (11)

¿У, о Т\к Т] Т]бойл Т}ш,

а для ТЭЦ

АВ = ;

-б*,*™*

(12)

Разработанная методика использована при выполнении проектов реконструкции систем вентиляции и отопления Костромской, Киришской, Ириклинской ГРЭС, а также Барнаульской ТЭЦ-2 и Калининской ТЭЦ-4, проводимых на основе применения пристенных калориферов, а также для оценки эффективности новых конструкций воздухозаборных устройств для дутьевых вентиляторов.

В четвертой главе исследуются вопросы оценки погрешности метода коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении.

4.1.Основные поправки к результатам основных расчетов в условиях Qк=const связаны с изменением давлений в точках отборов (3;), с изменением потерь давления в линиях отборов пара (8др), изменений недогрева в основном подогревателе (50) (в случае установки дополнительного теплообменника в пределах ступени подогрева, в которой происходит изменение подвода теплоты), а также изменений мощности питательного насоса (5ЛИ). Определение относительных величин каждой из поправок выполнено на основе нахождения частных производных приращения мощности при изменении указанных величин.

4.2.Суммарные величины максимально возможных поправок на изменение мощности, вырабатываемой на тепловом потреблении, составляют 3-7,8%, нарастая от первых ступеней подогрева к вышестоящим. Суммарная относительная величина поправки на изменение расхода топлива в энергосистеме при вводе теплоты 0 в ступень подогрева составляет 4-8% (см. табл.3).

Таблица 3.Относительная погрешность расчета изменения мощности турбоустановки и изменения расхода топлива в энергосистеме для турбины Т-175-130 методом к.п.м.

Расчетная величина Номер ступени подогрева

2 3 4 5

5;, % -1,49 -2,85 -1,11 -1,51

Чр> % 2,40 2,10 4,0 2,5

Кт % 3,74 4,3 4,95 6,4

Х5 % 4,6 3,5 7,8 7,4

7+28, 1,046 1,035 1,078 1,074

8В/ДВ, % 7,67 3,74 5,84 3,20

Вводимые поправки усиливают величину основного эффекта.

4.3.При структурных изменениях в схемах величина суммарной поправки находится как разность поправок к изменениям, происходящим в ступенях подогрева, и не превышает 1-3%.

В пятой главе излагаются результаты исследований по проектированию ТЭС с испарительными установками поверхностного типа. 5.1.Наиболее важными задачами, возникающими на начальном этапе проектирования испарительных установок ТЭС, являются задачи выбора схемы их включения и типоразмеров оборудования испарительных установок, обеспечивающих получение требуемого количества дистиллята.

Для определения производительности блочных испарительных установок (БИУ) предложены аналитические зависимости, вытекающие из используемого в МЭИ графо-аналитического метода расчета: -для одноступенчатой БИУ

А г Пвт = Окисравт - )(1 - А) / (гвт1]ки ), (13)

; — | + ср^к.иЬ.и.,1 ~ Л) |

РиКс, + СР°КМ.и - Л)

где А = с =--—-_

-для двухступенчатой БИУ с последовательной схемой питания ступеней

°ет,П = Ск.иСр{К,п,П ~ *км.,,) " 0 ~ А / (г„лТ]к .„.), (15)

/ = + ср^к.и/км.,)(^ ~ Л) .

А»,/ = о,т>п[с2

(17)

ГДе С = + (*"",/ ~ *«я,Д _ '"«и,// + {1<т,1 ~Кт,л)Г1к.и.

г.т,и+ 2и„р){1т; - ¡вт,11)' 2 г^л - {1 + а^Кс,, - 1шМ)

Аналогичные выражения выведены для двустуступенчатой БИУ с параллельным питанием ступеней и для испарителя с разделенным паровым и водяным объемами (одноступенчатого испарителя мгновенного вскипания конструкции МЭИ). Достоинством предлагаемых методов расчета является их простая реализация на программном уровне при различных исходных данных и в соответствии с существующей в проектных институтах технологией выбора технических решений. В работе выполнен анализ проектных решений по БИУ для блоков 200, 300, 500, 800 МВт. Результаты расчетных исследований представлены в виде номограмм изменения производительности и параметров БИУ в зависимости от нагрузки блока.

5.2.Дяя выбора оптимального сочетания испарителей и их конденсаторов проведены вариантные расчеты по каждому типовому проекту БИУ. Для новых технических решений по БИУ выбор оборудования предлагается проводить по полученным автором уравнениям расчета оптимальных температурных напоров в испарительных установках:

-для одноступенчатой БИУ

АС =

_ 2А( - Ь,

2At -2(1 -а)

1-а '

(18)

где

а —

Ск.и.ки

сиккм\1-ю)

А _ Щп/впЛкм. Лt — 1" — t

Ср°к.и.

-для двухступенчатой БИУ

где

ЛГт = 4М-2Ь, \f4Ai-2bj V 2А^А1-Ь1)

А" _ А/я,#'«и,дЛк.и. *

°1---' . Ш ~ гр ~ 1к.и.,1'

(19)

Ср°хи.

2

-для испарителя с разделенными паровым и водяным объемами

2М -Ь,-Ь2 [ГЫ{Ы-Ь,) 2{1-а) 2{1-а) \ 1-а '

где а = ;

5.3.Анализ тепловой экономичности существующих и возможных схем включения БИУ выполнен на основе метода к.и.м. Для случаев применения в проекте двух одноступенчатых БИУ на разных отборах турбины (блок 200 МВт) эффект найден по суммарному влиянию испарителей на тепловую экономичность блока. Показано, что наибольшее снижение потерь тепловой экономичности достигается при использовании схемы с теплообменником для охлаждения дистиллята, направляемого в конденсатор турбины, потоком питательной воды, подаваемой в деаэратор испарителя.

Любые переключения, связанные с форсированием производительности БИУ при снижении электрической нагрузки блока, ведут к ухудшению тепловой экономичности, приближая ее по этому показателю к автономной МИУ.

Известно, что наибольшей производительностью из всех БИУ обладают испарительные установки, включенные в систему подогрева сетевой воды теплофикационных турбин. Оценка тепловой экономичности схем включения таких установок выполнена на основе методов к.и.м. и к.п.м. по среднегодовому эффекту для характерных режимов работы турбин. Она показала, что термический способ подготовки по сравнению с химическим обеспечивает снижение расхода топлива на 1,8 кг на каждую тонну добавочной воды.

5.4. Исследована зависимость производительности испарительных установок в системе подогрева сетевой воды от суточного режима работы теплосети и режимов работы теплофикационной турбоусгановки.

. Отключение в ночные часы нагрузки горячего водоснабжения приводит к снижению производительности испарителя на 25-30%. Падение производительности испарителя может быть снижено в 1,5 раза при переходе от режима работы турбины с постоянным давлением в верхнем теплофикационном отборе к режиму работы с постоянной тепловой нагрузкой (см.рис.6).

Для оценки снижения производительности испарителя в летних режимах (режим одноступенчатого подогрева сетевой воды) получена аналитическая зависимость:

1 и

2 у т

У/

\ч у 3 /

4, У I

0 12 3

10 11 12 ч

Рис.7.Принципиальная схема МИУ с последовательной схемой питания ступеней и трактами нагрева питательной воды и дистиллята: 1,2,1,л-испарители; 3-подогреватели гагга-тельной вод ы; 4 - подо греватели дистиллята; 5-деаэратор; б-расширитель; 7-конденсатор.

Рис. 6. Зависимость производительности

испарительной установки в системе подогрева сетевой воды турбины (зимний режим): I-режим работы турбины с рт в ^сопй; II-режим работы с От=соп&; 1-^=0; 0,8; 3-ф=0,16; 4-(р=0,24; 5-<р=0,32.

- - последовательная схема питания с подогревателями;

,1,1 - то же без подогревателей; -

—--- - параллельная схема питания

с подогревателями; " - то же без подогревателей.

Рис .3. Зависимость производительности МИУ (на основе энергетических испарителей) от возможности использования избыточного пара последней ступени на ТЭЦ.

где

В = [Рикис,{1 ~ Л)\!

<Р = & сети / Кети'

Сро,.

5.5.Изучено влияние паропреобразовательной установки (ПГТУ) на мощность противодавленческих турбин (Р-50-130/13 и Р-100-130/15). Проанализировано влияние на величину снижения мощность величины отпуска тепла в паре, давления отпускаемого пара и температурного напора в ППУ. Результаты расчетов позволили получить уравнение для определения оптимального температурного напора в ППУ:

А*опт ШПП

1

{ р,+р"'

СкщгПпП [(Рн+Ра )кМ + ^тТгод Ю-3 ]

(22)

Оптимальный температурный напор в ППУ составляет 6-12°С и уменьшается с ростом числа часов работы ППУ и стоимости топлива. 5.6.Для проведения оптимизационных и технико-экономические расчетов многоступенчатых испарительных установок (МИУ) с различными схемами питания ступеней (параллельная, последовательная), с различной степенью развитости системы регенеративного нагрева (питательной воды, дистиллята или внешнего теплоносителя) разработаны единообразные обобщенные зависимости для расчета удельных показателей. Так для схемы МИУ с трактами регенеративного подогрева питательной воды и внешнего теплоносителя (см. рис.7) удельный расход тепла определяется из уравнения:

Чо =Т—тС'/-срлв)\1+х

1 - а

{1-а)2 1 - а

+ <1Й„ср{ъ + Ад+Атр)- (23)

Оптимизация числа ступеней автономных МИУ на основе энергетических испарителей (типа И) показала, что оптимальное число ступеней для МИУ с последовательной схемой питания равно 5-8, а с параллельной схемой питания- -6-9.

Важным показателем для МИУ является выход тепла избыточного пара, невозможность использования которого на ТЭЦ может приводить к снижению производительности МИУ. Результаты исследований этого вопроса (рис.8) могут обеспечить правильность выбора числа ступеней и типа МИУ.

а{1-а*)

1-а

Оптимальное число ступеней МИУ, работающих на воде, прошедшей упрощенную обработку, зависит от схемы включения ее в тепловую схему ТЭЦ и может изменяться от 4 до 12. Обработка результатов оптимизационных расчетов позволила получить диаграмму выбора числа ступеней для МИУ с концевым конденсатором и номограмму для МИУ замкнутого типа с трактом регенеративного нагрева дистиллята (см. рис.9,10), которая наиболее эффективна для ТЭЦ с турбинами Р. Уменьшение доли пропуска дистиллята в тракт регенеративнного подогрева МИУ приводит к увеличению оптимального числа ступеней.

5.7.Для парогазовых ТЭЦ с котлами-утилизаторами наиболее эффективной является схема МИУ с последовательным питанием ступеней питательной водой, нагреваемой уходящими газами (см. рис.11), в которой имеется тракт подогрева внешнего теплоносителя (сетевой воды) частью вторичного пара отдельных ступеней. Результаты определения оптимального числа ступеней в такой МИУ представлены на рис.12.

5.8.Для определения рационального профиля МИУ, работающих на тепле отходящих газов газотурбинных установок газоперекачивающих станций и компрессорных газлифтных станций на месторождениях нефти, выполненны расчетные исследования по определению предельных производительностей МИУ и оптимального числа их ступеней для всех типов ГТУ (ГТК-5, ГТ-6-750, ГТ-750-6, ГТК-10) и типовых утилизационных теплообменников. Показано, что оптимальное число ступеней МИУ равно 4-5.

5.9. С целью проведения оценки влияния структурных изменений в схемах МИУ на показатели ее работы разработана методика коэффициентов изменения производительности.

Коэффициент изменения производительности показывает величину щифоста производительности МИУ при вводе тепла () в у'-ю ступень в

условиях постоянного расхода тепла на МИУ (00 =ео/ш):

Ъ = 1 + %Цк.> (24) где

¡-11-У

Новый удельный расход тепла на МИУ составит

д'о = до/{1 + ), (25) где Ай} = АВ]/Вд. Показана возможность применения метода для условий неизменной производительности МИУ. Метод позволяет производить оценку изменения производительности каждой ступени МИУ. Метод удобен для анализа вариантов модернизации существующих МИУ, связанных с дополнительной установкой промежуточного расширителя с выпаром в одну из ступеней, с отводом части вторичного пара отдельных ступеней на подогрев внешнего теплоносителя, с ликвидацией подогревателей питательной воды или с другими структурными изменениями. Погрешность метода не превышает 45% по сравнению с полным расчетом МИУ на ЭВМ. В сочетании с методами анализа тепловой экономичности ТЭС (методы к.и.м, к.п.м., к.ц.т.)

кДж/кг до

У \

/ 550 \

/

/ 1 * 450 N s

1 1 . 1 ч

1 350 1 1

/ 1 ( - 250 1 1 п

/•О 40 35 30 25 20

У

/

/ (

/

'л

100 110

•--120

130 140 150

160 •С

9 10

1 /

У

/

/

/

: 80 70 60 50 40

Рис.9.Номограмма определения удельных показателей МИУ замкнутого типа при оптимальном числе ступеней (<^,=1).

Рис. 10.Диаграмма определения оптимального числа ступеней МИУ с концевым конденсатором

Рис.П.Принципиальная схемаМИУ для ПГТЭЦ: 1-газоводяной теплообменник: 2-газопаровой теплообменник; З-ступени испарения; 4-под01реватели внешнего теплоносителя.

Зпср

% -

120 "

110 -

100 -

90 -

80 -

4 5 6 7 8 п

Рис.12.3ависимость Зпер от и и доли внешнего теплоносителя Ц.=0-3).

разработанный метод позволяет проводить оценку тепловой эффективности реконструкции действующих МИУ.

В шестой главе изложены вопросы формального описания технологии проектирования ТЭС и предлагаются критерии ее оценки.

6.1.Технология проектирования ТЭС (ТО ТЭС) представлена в виде этапов жизненного цикла ее существования. Основной причиной изменения ТП ТЭС является эволюция программно-технического обеспечения.

6.2.Для исследования и оценки эффективности ТП ТЭС предложено формальное представление ее в виде организационных, информационных сетей и сетей программно-технических комплексов. На основе теории графов рассмотрены варианты возможных соответствий между проектными процедурами и программно-техническими комплексами, между различными сетями. Изложены подходы к описанию отображений этих соответствий. На основе ранжирования узлов всех уровней той или иной сети по степени сложности, и определения типа и сложности связей между узлами предложен критерий оценки сложности технологии проектирования ТЭС (ее этапа или программного продукта):

С(А)= ЬС(АМБ{М,Вп)-...й(М,Вк), (26) где Я(А,В) - степень сложности. связи узла А с узлом В; С(Л)~ степень сложности узла А. >

Для оценки процесса . обработки информации введен критерий

трудоемкости, определяющий среднее количество операций при инициализации сети:

ст (27)

где л,- -среднее число обращений к вершинам V/; К1 -вершины ввода-вывода информации ьго типа.

Приведен численный пример использования критериев для оценки традиционной технологии разработки тепловых схем и технологии на основе программных комплексов.

В седьмой главе приведено описание прикладных программных пакетов по проектированию объектов ТЭС, являющихся законченными фрагментами отдельных этапов технологии проектирования, разработанных под руководством или непосредственном участии автора.

7.1.ППП по проектированию блочных испарительных установок закрепляет в программном виде разработки, изложенные в пятой главе. ППП позволяет: рассчитывать производительность одноступенчатых и двухступенчатых испарительных БИУ при заданных параметрах греющего пара, охлаждающей воды, типоразмерах испарителей и их конденсаторов; архивировать результаты расчета и давать их графическое представление для проведения анализа и выбора технического решения по месту включения в систему регенерации турбоустановки. Полученное техническое решение

может быть оптимизировано по условию минимума капитальных затрат с визуализацией результатов расчета.

7.2.ППП по проектированию МИУ построен на основе решения систем уравнений тепловых балансов и уравнений теплообмена в ступенях испарения при заданных типоразмерах испарителей. ППП позволяет рассчитывать восемь различных схем МИУ (с параллельным и последовательным питанием ступеней, с регенеративным нагревом воды и дистиллята и т.д.), находить расходы и параметры пара и воды, удельные показатели работы установки, производить расчет диаметров трубопроводов и осуществлять автоматизированный выбор стандартных диаметров трубопроводов. Оба ППП имеют СУБД по оборудованию испарительных установок.

7.3.ППП по расчетному выбору общесганционных пароводяных и водоводяных теплообменников основан на существующих методах их поверочного расчета. При создании ППП выполнена обработка табличных данных ряда теплофизических величин. Выбор геометрических характеристик, необходимых для расчета, производится с помощью СУБД по отечественным теплообменникам.

7.4.ППП по гидравлическому расчету паро и водопроводов ТЭС построен на основе существующих методов их проектирования и применяемых в проектных институтах справочных таблиц местных сопротивлений (отводов, гибов, тройников, арматуры). ППП позволяет выполнять расчет до восьми следующих друг за другом участков трубопроводов ТЭС с автоматизированным поиском значений местных сопротивлений и параметров рабочей среды.

7.5.ППП по созданию тепловых схем и изометрических схем трубопроводов расширяет возможности АвтоКАДа на основе комплекса подпрограмм, написаных на АвтоЛиспе. ППП имеет 96-ячеечное слайд-меню выбора элементов схемы, с возможностью его редактирования, автоматизирует оформление чертежа (выбор формата, масштаба, штампа), позволяет маркировать потоки и элементы схем с линейными размерами, вычерчивать изометрию схем с линейными размерами, генерировать по ним изометрические схемы (см. рис.13).

7.6.В ППП по формированию комплекта установочных чертежей технологического узла использовано параметрическое задание объектов, что позволяет по минимуму исходных данных получить не только оразмеренные проекции объекта проектирования (рис.14), но также таблицы результатов расчета нагрузок, спецификации и оформленный штампом чертеж.

7.7.Для ведения проектной документации и ее архивации разработана автоматизированная система- ПсЮШ (рис15), которая предоставляет возможность любому пользователю локальной вычислительной сети строить из существующего архива данных (файлов) независимую структуру ведения документации (чертежей, спецификаций, РТМ, документов). Система позволяет инициализировать программы обработчики файлов (АвтоКАД, МБ-\Vbrd, Лексикон и др.), расчетные программы, обеспечивает графическую интерпретацию структуры взаимосвязи, отображает запись (присоединение) файла, имеет возможность вывода списка документов по дате.

Рис.13. Изометрическая схема трубопроводов в системе ADA

ЙШЙЩЙ

DRAU

EDIT

INQUIRY

LftiER...

MODEL

rtUIEU

PLOT...

RENDER

SETTINGS

SURFACES

LICS:

JTILIIV

Рис. 14.Установочиый чертеж насоса с проекциями фундамента

Документ

Документ

У

Черте*

/I ' / /

/

I /

I

/ /

----SPEClOlO.DOC

----ОАТАМЮЛВР

----SPEC1012.DOC

----БРЕСЮШЭОС

БРЕСЮШЮС

окАчгаюго\га ПЕА\тога3.1™з

ФАЙЛЫ СИСТЕМЫ

// А

/

/

/ А'

/у

//

// // / / • / /

ТИП Профаыиа-обработчшс

БОС Редактор "Лексикон"

БВР РОХРго 1АМ 15

DWG АетоКАД» 12

> !

Устройства вывода системы (дисплей, принтер...)

а)

База данных

База данных

База данных

Базадашшх

---- 01

1

Запись БД Поле БД

Базадашшх

;

---- - а. |

1

^^ Докуиднт | ¡1 „__

База данных

.......... 1

......... - -.....;

---- 1--- --- --- __ 1 1

\ / ч:

I У / / // /

объекты

б)

Рис. 15. Структура построения системы РшЮШ (а) и иерархическая организация баз данных и объектов в системе (б): 1-дерево данных; 2-обьекты данных; 3-связи объектов с реальными файлами на дисковых накопителях; 4-файлы, зарегистрированные в системе; 5-связи файлов с программами-обработчиками; б-внешние программы-обработчики (по типу файлов); 7-вывод результатов обработки файлов-объектов.

7.8.Для компьютерного макетирования объектов ТЭС предложен методический подход трансформации двух и трехмерных чертежей в синтезированное реалистическое изображение (см. рис.16). Для реализации этого подхода предложен прием разбиения геометрической модели на объекты при помощи блоков. На примере ТЭС "Арак" выполнено анимационное компьютерное представление облета зданий и сооружений ТЭС.

Рис.16. Каркасная трехмерная компьютерная модель зданий и сооружений ТЭС с блоками

300 МВт

Основные выводы и результаты

1.Предложен новый подход к разработке методов расчета и оптимизации проектируемых объектов, ориентированный на создание программных комплексов, отличающийся принципиально новыми существенно более широкими возможностями анализа, синтеза, архивации и графической интерпретации проектных решений.

2.Показано, что при анализе влияния изменений, вносимых в тепловые схемы ТЭЦ, существенным фактором является учет характерных режимов работы теплофикационных турбоустановок. Для теплофикационных режимов работы с минимальным пропуском пара в конденсатор разработан метод коэффициентов приращения мощности на тепловом потреблении,

расширяющий возможности методов анализа на основе коэффициентов изменения мощности и коэффициентов ценности тепла.

3.Впервые проведено исследование тепловой экономичности схем отпуска тепла в виде пара от РОУ, включающее параметрический и структурный анализ систем охлаждения пара впрыском воды и с помощью поверхностных пароохладителей, включенных по схемам Виолена и Рикара-Некольного. Выполнено расчетное исследование эффективности применения струйных трансформаторов тепла на ТЭЦ с отечественным турбинами, которое показало их эффективность при отпуске пара в диапазоне давлений 2,5-4,0 МПа.

4. Проведено аналитическое исследование влияния величины впрыска воды в промежуточный перегреватель для регулирования температуры промперегрева на тепловую экономичность турбоустановки, обеспечивающее учет вторичных изменений в тепловой схеме. Результаты расчетов дали полное совпадение с опытными данными зарубежных исследователей и показали существенно более высокое влияние впрыска на снижение к.п.д. блока, чем в ранее проведенных отечественных исследованиях, что должно учитываться и при проектировании и при эксплуатации.

5.Разработаны новые схемы включения и режимы работы отопительных приборов и калориферов главных корпусов ТЭС, повышающие эффективность использования тепловыделений основного оборудования в основном цикле производства электрической и тепловой энергии. Предложены новые методы оценки тепловой эффективности использования тепловыделений на основе к.и.м. и к.п.м. Выполнены проекты реконструкции систем отопления и вентиляции Костромской, Киришской и Ирикяинской ГРЭС, Барнаульской ТЭЦ-2, Калининской ТЭЦ-4, даны рекомендации проектным организациям.

6.Исследование вопросов проектирования, анализа схем и оптимизации блочных испарительных установок ТЭС позволили:

-разработать новые аналитические методы расчета одно- и двухступенчатых установок;

-создать методы оценки тепловой экономичности схем их включения;

-получить аналитические зависимости для расчета их оптимальных параметров (оптимального температурного напора).

Расчетные исследования БИУ выполнены для всего спектра отечественных конденсационных турбоустановок (200-800 МВт).

На основе методов к.и.м. и к.п.м. изложены методы оценки тепловой экономичности испарительных установок в системах подогрева сетевой воды теплофикационных турбин. Получены аналитические зависимости для расчета производительности испарительной установки от режима работы теплосети с закрытой системой теплоснабжения в течение суток. Исследовано влияние режимов работы теплофикационной турбины (с постоянной тепловой нагрузкой и с постоянным давлением в верхнем теплофикационном отборе) на производительность установки.

7.Для проведения предпроектного выбора рациональной схемы МИУ и числа ступеней в ней разработаны обобщенные аналитические зависимости расчета их удельных показателей, охватывающие схемы МИУ с разветвленной

системой отбора вторичного пара, и предложены номограммы выбора оптимильного числа ступеней для различных схем МИУ для широкого диапазона соотношений стоимостей топлива и удельных капиталовложений в МИУ. Созданы методы анализа тепловой экономичности схем включения МИУ на основе энергетических коэффициентов, учитывающие переплетение схем ТЭС и МИУ.

Для упрощения выбора технического решения по автономным МИУ на основе энергетических испарителей предложена обобщеная диаграмма оценки ее производительности в зависимости от возможности использования на ТЭЦ тепла избыточного пара последней ступени установки, от схемы питания и числа ступеней, от степени развитости регенерации.

Предложены оптимальные схемы МИУ для парогазовых ТЭС.

Для анализа эффективности модернизации действующих МИУ разработана методика оценки влияния изменений в. схемах МИУ на паропроизводительность ее ступеней и удельные показатели ее работы.

8.Впервые на основе формального описания технологии проектирования ТЭС введены критерии ее оценки- трудоемкость и сложность, на основе которых предложено оценивать эффективность внедрения программно-технических комплексов.

^Компьютеризация технологии проектирования объектов ТЭС осуществлена в разработке и внедрении прикладных программных пакетов (ППП) по проектированию блочных и многоступенчатых испарительных установок, общестанционных пароводяных и водоводяных теплообменников, по гидравлическому расчету трубопроводов, а также в ППП по созданию чертежей тепловых схем и изометрических схем трубопроводов. Интерфейс ППП ориентирован на инженера-технолога, включает информационно-справочное обеспечение, СУБД и 1рафическую поддержку. В ППП по формированию установочных чертежей технологического узла использован принцип параметрического задания объекта.

Для ведения и архивации проектной документации разработано инструментальное средство (РшкОЩ), обеспечивающее проектировщику-технологу построение индивидуальной структуры архивов чертежей и нормативно-справочной информации, необходимой для его работы, из файлов, хранящихся на файл-сервере.

Программные продукты являются законченными фрагментами комплексной системы автоматизированного проектирования в тепломеханических отделах проектных институтов. Они использованы при выполнении проектов ТЭС "Рамин" (Иран), "Агиос-Димитриос" (Греция), "Понтианак" (Индонезия) и ряда других зарубежных и отечественных ТЭС.

10.Для макетирования зданий и сооружений ТЭС предложен компьютерный метод синтеза реалистического изображения из двумерных чертежей, импортируемых из АвтоКАДа. Впервые в отечественной практике проектирования выполнено представление ТЭС "Арак"(Иран) в виде анимационного компьтерного ролика облета зданий и сооружений ТЭС.

Таким образом, на основании проведенных комплексных исследований и разработок осуществлено решение сложных проблем повышение

эффективности проектирования теплоэнергетических о&ьектов ТЭС и компьютеризации технологии проектирования.

Основные публикации по теме диссертации:

Монографии и учебные пособия:

1.Мошкарин A.B., Бускунов Р.Ш. Испарительные установки ТЭС. Энергоатомиздат. М.: 1994. 272 с.

2.Щёпетилышков М.И., Хлопушин В.И., Мошкарин A.B. Теплообменное оборудование ТЭС,- Учебное пособие, Иваново, 1978. 76 с.

3.Щепетильников М.И., Хлопушин В.И., Мошкарин A.B. Расчет теплообменного оборудования ТЭС.- Учебное пособие, Иваново, 1979. 66 с.

4.Девочкин М.А., Мошкарин A.B. Технико-экономические основы проектирования ТЭС. - Учебное пособие, Иваново, 1982, 90 с.

Статьи, изобретения, тезисы докладов-.

5.Мошкарин A.B., Щепетильников М.И. К анализу тепловых схем ТЭЦ //Теплоэнергетика, 1993, N 12, с.13-15.

6.Мошкарин A.B. К оценке расхода топлива на отпуск пара от РОУ //Энергетик, 1995, N 3, с.18-19.

7.Мошкарин A.B., Щепетильников М.И. Оценка влияния впрыска воды в промперегреватель на экономичность турбоусгановки // Электрические станции, 1994, N 10, с.32-34.

8.Мошкарин A.B., Зорин М.Ю. Оценка схем отпуска пара повышенного давления потребителям. //Промышленная теплоэнергетика, 1995, N 4, с.27-31. 9.0пределение температуры возвращаемого конденсата /Ю.Г.Ершов, А.В.Мошкарин, Т.М.Романова, Л.И.Тимошин //Бумажная промышленность, 1984, N8, с.20-21.

10.Мошкарин A.B., Щепетильников М.И. Анализ тепловых схем ТЭЦ с многоступенчатыми испарительными установками //Теплоэнергетика. 1995, N 8, с.51-56.

П.Стерман Л.С., Щепетильников М.И., Мошкарин A.B. Влияние схемы включения испарительной установки в системе регенерации теплофикационных турбин на стоимость дистиллята //Известия вузов-Энергетика, 1976, N 9, с.53-59.

12.Стерман Л.С., Мошкарин A.B. Влияние испарителя в системе подогрева сетевой воды на экономичность теплофикационной турбоустановки //'Повышение экономичности и надежности ТЭС" Сб. науч. тр., вып.5. Иваново. 1976, с.73-76.

13.Мошкарин A.B. Аналитические зависимости для определения оптимального температурного напора в испарителях //Известия вузов-Энергетика, 1989, N 4, с.105-106.

14.Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Мошкарин A.B. Оптимизация температурного напора в паропреобразователях //"Повышение экономичности и надежности ТЭС". Сб. науч. тр, вып.4. Иваново. 1975, с.84-91.

15.Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Мошкарин A.B. Зависимость производительности испарительной установки, включенной в систему

подогрева сетевой воды, от режима работы тепловой сети //Труды МЭИ, вып. 252. М.: 1975, с.84-85.

16.Мошкарин A.B., Стерман Л.С. Влияние теплосети на производительность испарительной установки, включенной в систему подогрева сетевой воды //Известия вузов - Энергетика, 1979, N 11. с.119-120.

17.Мошкарин A.B., Вихрев В.В., Ратий Р.И. Испарительная установка блока 800 МВт Сургутской ГРЭС //Энергетик, 1990, N 5, с.11-12.

18.Мошкарин A.B. Методика определения удельных показателей многоступенчатых испарительных установок с развитой системой регенерации //Известия вузов- Энергетика. Минск. Депон. ВИНИТИ 24.08.89. N 5596-В89. 13 с.

19.Мошкарин A.B., Седлов A.C. Вопросы применения многоступенчатых выпарных установок для подготовки воды на ТЭС //"'Повышение экономичности и надежности ТЭС". Межвузов, сб. науч. тр. Иваново. 1979, с.98-103.

20.Области применения методов подготовки добавочной воды на ТЭЦ /Л.С.Стерман, А.В.Мошкарин, Э.Н.Гоуфман, Т.Ф.Быстрова и др. //Электрические станции. 1976, N 8, с.34-37.

21.Мошкарин A.B. Опреснение воды теплом уходящих газов газотурбинных установок газоперекачивающих станций //"Повышение экономичности и надежности ТЭС". Межвузов, сб. науч. тр., Иваново, 1981, с.80-84.

22.Мошкарин A.B. Выбор оптимального профиля испаритетельной установки для многоцелевой ТЭЦ с парогазовой установкой // Труды МЭИ, N 82, 1985, с.82-86.

23.А.С. N 594056 СССР MKnJ С 02 В 9/00. Установка подготовки воды для испарителей /Л.С.Стерман, А.В.Мошкарин, В.М.Лавыгин, В.В. Вихрев //Открытия. Изобретения. 1978. Бюл-N 7.

24А.С. N 958664 СССР MKnJ F 01 К 7/44. Многоступенчатая испарительная установка /А.В.Мошкарин //Открытия. Изобретения. 1981. Бюл.Ы 34. 25-А.с. N 964200 СССР МКл" F 01 К 7/44. Испарительная установка промышленной теплоэлектроцентрали /А.В.Мошкарин, Л.С.Стерман, А.С.Седлов //Открытия. Изобретения. 1982. Бюл-N 37.

26.А.С. N 1106911 СССР МКл* F 01 К 17/02. Теплофикационно-испаригельная установка /Р.Ш.Бускунов, В.С.Петин, А.В.Мошкарин и др. // Открытия. Изобретения. 1984. Bkm.N 29.

27.A.c. N 1671910 СССР MtoiJ F 01 К 13/00. Паротурбинная установка /А-В.Мошкарин, Р.Ш.Бускунов, В.С.Петин, БЛ.Шелыгин //Открытия. Изобретения. 1991. Bkxii.N 31.

28.Мошкарин A.B., Стерман Л.С. Многоцелевые энергетические установки //Повышение экономичности и надежности ТЭС. Межвузов, сб. науч. тр, Иваново, 1984, с.98-103.

29.Коновалов В.И., Мошкарин A.B., Ушаков Г.А. Аэрация главного корпуса Крупных ГРЭС с использованием тепловыделений оборудования. //Повышение экономичности и надежности ТЭС. Сб. науч.трудов, вып. 2, Иваново, 1973, с.127-131.

30.Гигиеническая оценка эффективности новой схемы аэрации главного корпуса крупной ГРЭС / Ю.П.Пальцев, НЛ.Циркова, И.Г.Капарович,

А-В.Мошкарин и др. //Гигаена труда и профессиональные заболевания. 1977, N3, с.43-45.

31.Ушаков ГЛ., Мошкарин A.B. Об одном из способов определения эффективности использования тепловыделений оборудования главного корпуса ТЭС при наличии калориферов " на просос " // Повышение экономичности и надежности ТЭС. Сб. науч. трудов, вып. 3, Иваново, 1974, с.113-119.

32.Основные результаты исследования аэрации главного корпуса крупной ГРЭС с калориферами"на просос" /Г-А-Ушаков, Т.М.Романова, AB.Мошкарин, С.Р.Меримсон // Повышение экономичности и надежности ТЭС. Межвуз. сб. науч. трудов, Иваново, 1977, с.78-82.

33.Мошкарин A.B., Меримсон С.Р. Размещение приемной камеры дутьевых вентиляторов над котлом //Известия вузов-Энергетика. Депон. ВИНИТИ, 30.03.82. N 1479-82. 7 стр.

34.Мошкарин A.B., Мошкарин Э.А., Иванов АЛ. САПР испарительных установок в системе регенеративного нагрева воды на ТЭС //Известия вузов-Энергетика. Минск. N 3416-В92. Депон. ВИНИТИ 02.12.92. 18 стр.

35.Прикладные программы САПР ТЭС /А.В.Мошкарин, Э.А.Мошкарин, СЛ.Мирошниченко и др. //Энергетическое строительство. 1993, N 10, с.58-60.

36.Мошкарин Э.А., Елохин В.А., Мошкарин A.B. Компьютерное макетирование зданий и сооружений ТЭС //Энергетическое строительство. 1994, N 3, с.77-81.

37.0 задачах сквозной САПР в проектных институтах /А.В.Мошкарин, Н.В.Никольский, А.В.Козлов, Э.АМошкарин //Энергетическое строительство. 1992, N 11, с.48-52.

38.Программный пакет для схем трубопроводов и измерений /АВ.Козлов, Н.В.Никольский, А.В.Мошкарин, Э.АМошкарин, В.В.Вихрев //Энергетик. 1993. N 3, с.21-22.

ЗЭ.РгскОй-Инструментальное средство для ведения проектной документации /СЛ.Мирошниченко, Э.А.Мошкарин, А.В.Мошкарин, А.В.Козлов //Энергетическое строительство. 1994. N 9, с.64-68.

40. Проектирование ТЭС на основе локальной вычислительной сети /Э.А.Мошкарин, СЛ.Мирошниченко, А.В.Мошкарин, А.В.Козлов //Энергетическое строительство. 1994, N 8, с.70-71.

41.Мошкарин A.B., Андрианов Ю.Ф., Сивов Е.В. Автоматизация создания тепловых схем и изометрических схем трубопроводов //Энергетическое строительство. 1995, N 1, с.52-55.

42.Мошкарин A.B., Ратманов АА., Козлов A.B. Компьютеризация процесса формирования установочных чертежей оборудования ТЭС //Энергетическое строительство. 1995. N 4, с. 13-19.

43.Технико-экономическое обоснование областей применения различных методов подготовки добавочной воды на ТЭЦ для рек Советского Союза /Л.С.Сгерман, А В. Мошкарин, Э.Н.Гоуфман и др. //Тезисы докл. Всесоюзн. совещания "Использование морских и солоноватых вод на ТЭС." Баку. 1976. С. 176-178.

44.Работа испарителя в системе подогрева сетевой воды закрытых и открытых теплосетей /Л.С.Стерман, А.В.Мошкарин, В.М.Лавыгин, В.Ф.Жидких //Там же, с.173-176.

45.Стерман Л.С., Седлов A.C., Мошкарин A.B. Рациональные схемы включения МИУ на промышленно-отопительных ТЭЦ //Тезисы докл. Всесоюз. совещания "Термические методы обработки воды на ТЭС". Челябинск, 1977, с.17-18.

46.Мошкарин A.B. Рациональные схемы включения МИУ на ТЭЦ и АТЭЦ //Тезисы докл. Всесоюзн. совещания "Пути развития водоподготовки и водной химии в теплоэнергетике", Челябинск, 1980, с.12-13.

47.Мошкарин A.B., Девочкин М.А. Исследование схем малоотходных и безоотходных ТЭС //Тезисы докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф. Иваново. 1981. С.60-62.

48.Мошкарин A.B., Смирнов В.Н. Оптимизация сложных схем многоступенчатых испарительных установок // Тезисы докл. межвуз. науч.-техн. сем. "Использование ЭВМ в учебном процессе и в научных исследованиях", Иваново, 1982, с.59.

49.Мошкарин A.B., Ратий Р.И. Тепловая экономичность и производительность испарительной установки блока 800 МВт Сургутской ГРЭС //Тезисы докл. межвузов, науч. семинара "Проблеммы повышения эффективности проектируемых теплоэнергетических установок", Саратов, 1989, с.55-56.

50.Мошкарин A.B., Шелыгин Б.Л. Утилизация теплоты уходящих газов газлифтных компрессорных станций с газотурбинным приводом //Тезисы докл. . Всесозн. научн.-техн. конф." Научные основы создания энергосберегающей техники и технологии " Москва, 1990, с.169-170.

51.Мошкарин A.B., Железное Е.А. САПР водо-водяных кожухотрубчатых теплообменников ТЭС /Дез. докл. республ. науч.-техн. конф."Автоматизация проектирования в энергетике и в электротехнике", Иваново, 1991, с.72.

52.Мошкарин A.B., Иванов A.A., Мошкарин Э.А. САПР теплообменного оборудования ТЭС //Тез. докл. междунар. науч.-техн. конф. "Актуальные проблемы фундаментальных наук", Москва, 1991, с. 21-22.

53.Мошкарин A.B., Иванов A.A. САПР теплообменного оборудования /Дез. докл. междунар. научн.-техн. конф. "Состояние и перспективы развития электротехнологии", Иваново, 1991, с.67.

54.Мошкарин A.B. Метод приращения мощности на тепловом потреблении для ТЭЦ /Дез. докл. междунар. науч.-техн. конф."Состояние и перспективы развития электротехнологии", Иваново, 1994, с.95.

55.Мошкарин A.B., Зубков В.П., Мошкарин Э.А. Вопросы формального описания технологии проектирования ТЭС// Депон. рук. ВИНИТИ, 22.09.95. N2611-B95.23.c.