автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Разработка способов повышения эффективности оборотных систем водоснабжения ТЭЦ с градирнями

На правах рукописи

КОЛЕСНИКОВ Сергей Владимирович

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБОРОТНЫХ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ТЭЦ С ГРАДИРНЯМИ

Специальность 05.14.14 — Тепловые электрические станции, их энергетические

системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2004

Работа выполнена на кафедре «Теоретические основы теплотехники и гидромеханика» Государственного образовательного учреждения Самарский государственный технический университет

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Кудинов В.А.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Блин Н.Н. кандидат технических наук,

доцент Ильченко А.Г.

Ведущая организация - ОАО «Инженерный центр» «Фирма ОРГРЭС»

Защита состоится «_29_»_июня_2004 г. в 11-00 час. на заседании

диссертационного совета Д 212.064.01 в Ивановском государственном энергетическом университете по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корп. Б, ауд. 237.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, ученый совет ИГЭУ. Факс:(0932)38-57-01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ.

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Мошкарин А В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее десятилетие в электроэнергетике наблюдается негативная тенденция - снижение доли теплофикационной выработки на паре производственных отборов турбин типа ПТ и паре противодавления турбин типа Р. Обусловлено это снижением паропотребления промышленными предприятиями. Причин тому несколько: снижение мощности предприятий; внедрение энергосберегающих технологий; установка собственного парогенерирующего оборудования промышленными предприятиями.

Обозначенная проблема актуальна для ТЭЦ, которые работают в основном в теплофикационном режиме и для которых конденсационный режим является кратковременным. Однако анализ работы ТЭЦ показал, что они всё более продолжительное время работают в конденсационном режиме и участвуют в регулировании электрической нагрузки. При этом тепловая экономичность выработки электроэнергии значительно ниже, чем на КЭС. Это объясняется низким вакуумом, который зависит от эффективности работы конденсационных устройств и систем технического водоснабжения (СЦВС).

Несмотря на то, что себестоимость электроэнергии, выработанной по конденсационному циклу, в подавляющем большинстве АО-энерго превышает ее цену на ФОРЭМе, топливная составляющая в ряде энергосистем меньше этой цены, в связи с чем, целесообразно наращивание собственной конденсационной мощности при неизменных прочих постоянных затратах. К таким энергосистемам относится АО «Самараэнерго», использующая в качестве основного топлива природный газ.

В сложившихся условиях основной причиной невозможности максимальной загрузки установленных турбин по конденсационному циклу являются ограничения по системе циркуляционного водоснабжения. Проведение реконструкций СЦВС невозможно без всесторонней аналитической оценки возникающих после этого режимов работы, а также без анализа тепловой эффективности работы оборудования ТЭЦ.

В связи с вышеизложенным, встает задача совершенствования СЦВС ТЭЦ с градирнями с целью более полной загрузки установленного оборудования, получения дополнительной конденсационной выработки и снижении ее себестоимости.

Гидравлическое совершенство системы определяет не только ее пропускную способность, но и протекание тепловых процессов, а также эксплуатационные расходы (затраты электроэнергии на перекачку воды). Анализ работы цирксисте-мы должен выполняться комплексно, так как все перечисленные факторы взаимосвязаны, и не всегда влияние одного из них на эффективность работы системы можно выделить в чистом виде. Это довольно сложная задача, которая может быть решена лишь при рассмотрении системы как единой целой с учетом всех влияющих на ее работу факторов, что возможно на компьютерных моделях, адекватно описывающих гидравлические и тепловые процессы.

Для аналитического определения расходов и давлений циркводы в различных точках цирксистемы требуется решать большие системы алгебраических нелинейных уравнений. Для составления таких систем уравнений, в основе которых

лежат два закона Кирхгофа, требуется аппарат

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ•

(теория графов), а для ее решения - наиболее современные программные и вычислительные средства. Наиболее эффективно эта задача решается на компьютерных моделях, построенных на основе математических.

Актуальность выбранной темы подтверждается также тем, что научные исследования выполнялись согласно планам единого заказ - наряда № 551/02 Минвуза России, а также по планам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ "РАО ЕЭС" России (реестры за 2001-2002 гг., договора № 68/01, 69/02).

Цель работы

Разработка способов повышения эффективности оборотных систем циркводо-снабжения ТЭЦ с градирнями на основе их экспериментального исследования и компьютерного моделирования.

Основные задачи работы

Для достижения поставленной цели в работе ставились и решались следующие задачи:

- разработка математической и компьютерной моделей цирксистем ТЭЦ с градирнями (на примере Тольяттинской ТЭЦ) с использованием математического аппарата теории графов и двух законов Кирхгофа;

- экспериментальные и теоретические исследования гидравлических и тепловых режимов СЦВС Тольяттинской ТЭЦ;

- проведение расчетного анализа вариантов реконструкции цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ с целью увеличения расходных характеристик, снижения гидравлического сопротивления и повышения эффективности охлаждения циркуляционной воды.

Научная новизна

1. Предложены математическая и компьютерная модели цирксистемы ТЭЦ с градирнями, позволяющие рассчитывать гидравлические режимы с учетом разрыва потока в градирнях.

2. Получены новые экспериментальные данные, на основе которых определены факторы, влияющие на эффективность работы цирксистем ТЭЦ и отвечающие за обеспечение нормируемого вакуума в конденсационных режимах.

3. Разработаны принципы построения режимных карт зависимости конденсационной мощности ТЭЦ от метеоусловий.

Методы исследования

Для решения задач в диссертационной работе использовались методы математического и компьютерного моделирования, натурные испытания на ТЭС.

Достоверность результатов и выводов работы

Достоверность результатов обосновывается адекватностью математических моделей, использованных в диссертации, физическим процессам, протекающим в гидравлических сетях, а также применением стандартных методов исследования и корректным использованием математического аппарата при проведении необходимых расчетов.

Практическая ценность работы

Разработанная в диссертации математическая и компьютерная модели цир-ксистемы ТО ТЭЦ позволили выполнить многовариантные расчеты гидравлических режимов работы с учетом всех особенностей работы цирксистемы при различном составе работающего оборудования (насосы, конденсаторы, градирни).

Расчеты выполнены как для цирксистемы с паспортными характеристиками оборудования ("чистая цирксистема"), так и для цирксистемы с действительными характеристиками (реальная цирксистема).

Результаты настоящей работы были использованы при построении математической и компьютерной модели цирксистемы Новокуйбышевской ТЭЦ-2, имеющей одинаковую с цирксистемой ТОТЭЦ структуру и отличающуюся лишь составом работающего оборудования.

Принципы построения математической и компьютерной моделей гидравлических сетей были использованы на ряде объектов ОАО "Самараэнерго". В частности, аналогичные модели были построены для цирксистемы и теплосети Новокуйбышевской ТЭЦ-1, цирксистемы ТЭЦ Волжского автомобильного завода, теплосети Самарской ТЭЦ, теплосети Самарской ГРЭС, теплосетей от Привокзальной отопительной котельной г. Самары. Для всех перечисленных объектов проведены многовариантные расчеты текущих режимов работы, а также вариантов их реконструкции.

Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях и конструкторских бюро, где разрабатывается и проектируется оборудование цир-ксистем и теплосетей.

Теоретические и практические результаты могут быть использованы также в учебном процессе при подготовке студентов вузов по специальностям "Тепловые электрические станции", "Промышленная теплоэнергетика", "Энергетические системы и комплексы".

Реализация результатов работы

Представленная работа является обобщением теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором на кафедре "Теоретические основы теплотехники и гидромеханика" Самарского государственного технического университета.

Научные и практические результаты работы использованы на Тольяттинской ТЭЦ, Новокуйбышевской ТЭЦ-2,Самарской ТЭЦ, ТЭЦ ВАЗ, Самарской ГРЭС, Новокуйбышевской ТЭЦ-1, Самарских тепловых сетях, что подтверждается соответствующими актами о внедрении, приведенными в приложении диссертации.

Основные положения выносимые на защиту

1. Результаты разработки математической и компьютерной модели СЦВС ТЭЦ с градирнями на примере Тольяттинской ТЭЦ.

2. Результаты экспериментальных исследований тепловых и гидравлических режимов цирксистем ТЭЦ с градирнями с разработкой выводов и рекомендаций, а также результаты идентификации компьютерной модели.

3. Результаты теоретических исследований гидравлических режимов на компьютерной модели цирксистемы, позволившие выявить основные причины недостаточно эффективной ее работы.

4. Результаты разработки различных вариантов реконструкции цирксистемы ТоТЭЦ с целью улучшения основных показателей ее работы.

Личный вклад автора состоит:

- в формулировке цели и постановке задач исследования;

- разработке математической и компьютерной модели цирксистем ТЭЦ с градирнями;

-проведении экспериментальных исследований цирксистем ТЭЦ ОАО «Са-мараэнерго»;

-проведении идентификации компьютерной модели по результатам натурных испытаний;

-разработке и анализе различных вариантов реконструкции цирксистемы ТОТЭЦ;

-разработке методики построения зависимости конденсационной мощности ТЭЦ от метеофакторов;

- разработке метода рециркуляции воды в СЦВС с целью повышения эффективности охлаждения и уменьшения эксплуатационных затрат.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках". Тверь, ТГТУ. 2001; VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике, Екатеринбург. 2001; Ш Всероссийской научно-практической конференции, Иваново, ИГЭУ. 2002; Международной научно-практической конференции «Проблемы развития централизованного теплоснабжения». Самара, ОАО СМУЭК. 2004.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 статьи в центральных журналах.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 190 страницах основного машинописного текста, содержит 44 рисунка, 99 таблиц. Список использованной литературы включает 63 наименования.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследования, указана научная новизна и практическая ценность, даны основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор работ по созданию математических и компьютерных моделей сложных гидравлических сетей, а также результатов исследований режимов работы цирксистем ТЭЦ.

Отмечено, что предметом теории гидравлических цепей (ТГЦ) являются вопросы математического моделирования, расчета, оптимизации и идентификации трубопроводных и гидравлических систем (ТП и ГС), которые характеризуются топологической общностью расчетных схем, а движение транспортируемой в них среды подчиняется сетевым законам сохранения массы и энергии.

Теория гидравлических цепей имеет ряд общих физико-математических положений с теорией электрических цепей, которая существует уже более 150 лет и сложилась как самостоятельная дисциплина, широко используемая в теоретической и прикладной электротехнике, теории автоматического моделирования и других областях. В сфере ТП и ГС такой физико-математической базы долгое время не было в основном из-за существенной нелинейности систем. В условиях применения низкопроизводительной вычислительной техники это не позволяло эффективно применять математический аппарат теории электрических цепей и общие методы их расчета. Использование языка и математического аппарата векторной и матричной алгебры, хорошо согласующихся со спецификой сетевых задач,

явилось основой конструктивности ТГЦ. Это дало возможность производить компактную запись и преобразования математических формулировок задач, классифицировать получаемые системы уравнений и оперировать с ними, а также эффективно применять численные методы линейной и нелинейной алгебры.

Сетевой подход к проблеме идентификации трубопроводных систем впервые был сформулирован Л.П. Меренковым, когда общая теория идентификации систем еще только формировалась. Основополагающей здесь явилась разработка способа «математический расходомер», в котором уже был заложен достаточно общий принцип, заключающийся в восстановлении полного решения исходной задачи потокораспределения по результатам наблюдения множества ее частичных решений на реальном объекте. Исследования, посвященные идентификации трубопроводных теплоснабжения, водоснабжения, газоснабжения, нефтеснабжения и др., основывались на применении данного принципа.

В этой же главе представлены результаты исследований гидравлического и теплового режимов работы цирксистемы ТО ТЭЦ. Они в дальнейшем используются для оценки пропускной способности существующей цирксистемы, для выбора оптимальных вариантов загрузки оборудования, а также выбора путей ее совершенствования.

Целью настоящего исследования является разработка способов повышения эффективности работы систем оборотного водоснабжения ТЭЦ. Исследования проводились на компьютерной модели системы циркуляционного водоснабжения. Построение компьютерной модели осуществлялось на основе математической модели. Для получения более достоверных результатов компьютерная модель идентифицировалась с реальной системой по результатам проведенных натурных испытаний.

Выбор наиболее эффективного способа повышения тепловой эффективности работы ТЭЦ осуществлялся посредством всестороннего анализа различных вариантов реконструкции цирксистемы. Сравнительный анализ вариантов проводился с использованием данных, полученных на компьютерной модели. .

Во второй главе диссертации представлены результаты разработки математической и компьютерной модели цирксистемы (на примере Тольяттинской ТЭЦ).

Показано, что эффективность работы цирксистемы по расходным характеристикам оценивается ее гидравлическим совершенством, от которого зависит не только пропускная способность, но и эксплуатационные расходы (затраты электроэнергии на перекачку циркводы). Большое число существующих цирксистем работает значительно ниже своих проектных возможностей, что обусловлено многими причинами. Наиболее характерными из них являются ошибки проектирования и реконструкций, засоренность трубопроводов и чаще всего конденсаторов турбин; параллельная работа насосов, сильно отличающихся мощностей, повышенное разрежение на всасе насосов (что не позволяет использовать их на полную мощность), повышенное давление циркводы перед конденсаторами и прочее. Выявить весь комплекс этих проблем и определить степень влияния каждой из них на эффективность работы можно на модели, в которой цирксистема рассматривается как единое целое, и в которой полностью имитируются протекающие в ней гидравлические процессы.

Цирксистема Тольяттинской ТЭЦ является сложной гидравлической сетью (рис. 1). Расчет таких сетей с целью определения расходов воды и ее давлений в различных точках системы не может быть выполнен с помощью обычных методов расчета, применяемых при параллельном и последовательном соединении элементов сети. В данном случае задача распределения расходов и давлений в различных

точках цирксистемы может быть решена лишь для всей гидравлической системы в целом путем решения системы нелинейных алгебраических уравнений.

В основе расчета сложных кольцевых гидравлических систем лежат два условия, аналогичные требованиям к расчету электрических сетей. Первое условие -соблюдение уравнения баланса расходов, т.е. равенства притока и оттока воды в каждом узле

В эту сумму входят как расходы, отбираемые в узле, так и расходы, проходящие транзитом по линиям. Второе условие - равенство нулю потерь напора при обходе каждого кольца

2>,=о.

1=1

0 - участок-н&сос; К I • участок-конденсатор

Рис. 1. Схема цирксистемы Тольятгинской ТЭЦ •

Рассмотренных соотношений формально достаточно для построения замкнутой системы уравнений относительно неизвестных расходов в ветвях сети и давлений в ее узлах. Система уравнений в данном случае получается нелинейной и даже в простейшем случае при квадратичном законе сопротивления трудно получить ее точное решение. Поэтому в основе существующих методов расчета сложных кольцевых сетей лежат алгоритмы итерационного характера. Наиболее распространен в расчетной практике, благодаря относительно быстрой сходимости, метод поконтурной увязки перепадов давлений. Его содержание сводится к следующему:

1. задается некоторое начальное приближение для расходов на всех ветвях расчетной многоконтураой схемы, но такое, чтобы во всех узлах соблюдалось первое условие;

2. вычисляются потери давления на всех ветвях и их суммарные невязки во всех независимых контурах;

3. по выявленным невязкам тем или иным образом определяются величины

так называемых контурных «узловых расходов»;

4. каждый увязочный расход «проводится» по всем ветвям своего контура алгебраическим суммированием с расходами, принятыми по начальному приближению.

Расходы, полученные на последнем этапе, используются в качестве очередного приближения для начала следующей итерации вплоть до совпадения (в пределах заданной погрешности) значений всех или части искомых величин.

Данный ал гори гм реализует описываемая ниже программа. Программа основана на теории графов. Пусть С — (Е, V, Н)- конечный ориентированный граф, где Е- множество вершин графа; V - множество дуг; Я- отображение, Н'.У—ьЕхЕ. Каждой дуге УеК отображение ставит в соответствие упорядоченную пару вершин из где - начало дуги; - конец дуги.

Будем говорить, что из вершины I выходит дуга V , если = й, (у) , и входит в вершину у , если ] = 1г1(у) . Множество дуг, входящих в вершину ¡, обозначим

через , выходящих из вершины через

Важным случаем ориентированного графа является входящее дерево. Следовательно, О является связным графом, в котором:

а)|КН£|-1;

б) существует вершина (корень дерева), достижимая из всех остальных вершин. Пример такого дерева приведен на рисунке 2 (вершина v на ней помечена цифрой 1).

Рис.2

Для всех вершин должно выполняться уравнение материального баланса

Если В,<0, то /-ая вершина источник потока, е с о - потребитель по-

тока, если то - промежуточная вершина.

Движение потока по дуге описывается зависимостью

где - соответственно гидравлическое сопротивление и свободный напор на

дуге. Для неактивных элементов (труб, кранов, конденсаторов) =0.

Разобьем множество вершин Е на две частив В2. Е^Е^Е^), (£)(Л£2)=0 (обычно - одноэлементное множество). В вершинах из задан напор потока (вершины с фиксированным напором и свободным (искомым) отбором)

В вершинах из Е^ задан расход потока (вершины с фиксированным отбором (подачей) и свободным (искомым) напором)

Основную особенность в моделирование циркуляционных систем вносят градирни, которые нельзя описать зависимостями для неразрывного потока. В градирнях излив воды в атмосферу происходит из сопел (а также из пенала) на некоторой высоте. Свободное движение ее происходит под действием силы тяжести до уровня в чашах. Излив воды может происходить на разных уровнях, уровни излива неизменны. Таким образом, точки излива воды в градирнях можно считать вершинами сети с заданным напором. Чаши градирен могут состоять из нескольких частей. Уровень каждой части является «плавающим», и устанавливаются на некотором равновесном значении, уравновешивая поступление воды из сопел и отбора во всасывающий коллектор циркуляционной системы.

Программа позволяет рассчитывать расходы и давления в любой точке с указанием направлений движения потоков по отдельным веткам системы, анализировать работу сети при отключении отдельных ее участков, рассчитывать затраты электроэнергии на привод насосов и ее стоимость, работать на ЭВМ в диалоговом режиме.

Рассчитываемая сеть может включать следующие элементы: узлы сети, участки сети, напорно-регулирующие емкости, насосы (насосные станции), задвижки в открытом или закрытом состоянии.

Все участки подразделяются на участки-трубы, участки-насосы и участки-задеижки. Участки-насосы и участки-задвижки не имеют длины, поэтому в узлах, ограничивающих эти участки, отметки высот следует принимать одинаковыми.

В соответствии с описанной методикой были составлены принципиальная и расчетная (компьютерная) схемы циркуляционной системы станции и определены гидравлические характеристики се элементов.

Таким образом, построение математической модели сложной гидравлической системы, в частности, системы циркуляционного водоснабжения с идентификацией ее по результатам натурных испытаний позволяет моделировать различные режимы работы системы, не вмешиваясь в ее работу. С помощью такого моделирования появляется возможность оптимизации режимов работы гидравлической системы, оценки качества работы различного состава оборудования, выбор вариантов модернизации и реконструкции, а также их сравнительный анализ.

В третьей главе диссертации представлены результаты экспериментальных исследований цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ, а также результаты идентификации компьютерной модели, выполненной с использованием экспериментальных данных.

Обследование системы циркуляционного водоснабжения проводились с 15 по 20 мая 1996 года фирмой ОРГРЭС, службой СЭНТО ОАО "Самараэнерго" и сотрудниками ТО ТЭЦ.

Перед началом обследования был разработан перечень подготовительных

работ и составлена программа обследований. Целью работы являлось определение возможностей цирксистемы по обеспечению конденсационных нагрузок турбоагрегатов.

По результатам экспериментальных обследований могут быть сделаны следующие выводы.

1. Конденсаторы турбин не обеспечены расчетным количеством охлаждающей воды в соответствии с нормативными характеристиками для номинального расхода пара. Суммарный расход воды через конденсаторы составляет 40000 м3/ч при расчетной величине 56000 м3/ч.

2. Температура охлажденной воды на входе в конденсаторы на 2-3 °С превышает предельно допустимое значение по условиям работы МГО во всем диапазоне изменения нагрузок и метеофакторов.

3. Температурный напор в конденсаторах на 3-5 0С превышает нормативные значения в зависимости от нагрузок. Проведенные расчеты конденсатора ТА Т-100 по определению влияния различных факторов на температурный напор выявили, что в большей степени температурный напор зависит от коэффициента чистоты трубок. Как правило, повышенные температурные напоры являются следствием наличия отложений на поверхности трубок.

5. Давление отработавшего пара в конденсаторах турбин превышает предельно-допустимые значения в диапазоне изменения температуры атмосферного воздуха от 19 до 25 0С и барометрического давления от 748 до 742 мм рт. ст.

6. Циркуляционные насосы работают с повышенными напорами. Суммарная подача ЦН 1А, 1Б, 2А, 5 А, Б, 7 Б, В, Г, 8 А, Б, В, Г составляет 44000 м3/ч. Повышенный напор циркуляционных насосов обусловлен увеличением гидравлического сопротивления конденсаторов и градирен.

7. Гидравлическая нагрузка градирен № 1,2 составляет 9870 м3/час. Причем, расход на градирню № 2 составляет порядка 4620 М3/час, на градирню №1 -5250м3/час. Нагрузка определена с учетом перелива воды через верх стояков. Гидравлическая нагрузка градирен №№ 3,4,5 составляет 28900 — 30000 М3/час.

8. Градирни №№ 1, 2, 3, 4, 5 недоохлаждают циркуляционную воду в среднем на 4,7 °С.

9. Причиной неудовлетворительной работы градирен №№ 1,2 является недостаточное расчетное количество разбрызгивающих форсунок, их засорение, перелив воды через стояки, повышенные напоры воды у форсунок.

10. Причиной неудовлетворительной работы градирен 3,4, 5 является перевод их на безоросительную схему работы, т.е. перевод на брызгальный тип с понижением отметки расположения водораспределения.

11. Ограничение мощности турбин №№ 5, 7, 8 по причине недоохлаждения воды в градирнях №№ 3,4, 5 составляет 40-42 МВт. При этом давление в конденсаторах турбин находится на уровне предельно допустимых значений.

По результатам экспериментальных исследований была выполнена идентификация компьютерной модели (приближение модели к действительной цир-ксистеме).

Математическая модель гидравлической сети представляет собой систему уравнений, которая состоит из:

- балансовых соотношений по каждому узлу системы;

- системы соотношений по каждому участку, связывающих между собой напоры в начале участка и в конце;

граничных \словий, задаваемых для всех узлов системы (либо требуе-

мый отбор-подачу, либо требуемый пьезометрический напор).

Неизвестными в этой системе уравнений являются напоры в узлах и потоки по участкам гидравлической системы. Задание всех этих соотношений и граничных условий однозначно определяет потоки по участкам и напоры в узлах, так как число неизвестных в системе уравнений совпадает с числом уравнений. В задачах идентификации гидравлических систем неизвестными становятся характеристики связывающих соотношений. Для всех участков это коэффициент гидравлического сопротивления, для участков-насосов добавляется его напор при 2 - 0. Для однозначной идентификации объекта все дополнительные неизвестные параметры должны быть компенсированы различного рода измерениями, т.е. число измерений должно быть не меньшим, чем число вновь введенных неизвестных параметров.

В расчетной схеме циркуляционной системы Тольяттинской ТЭЦ число введенных узлов равно ки? = 255, число участков Ы = 289. Среди участков 14 соответствуют участкам-насосам. Если считать, что параметры всех элементов неизвестны, то в одном режиме работы гидравлической системы необходимо сделать как можно больше число натурных измерений. По информации, полученной из экспериментов, число таких измерений сделано 69 (рассчитанный поток на выходе из градирен по значениям на выходе считается также замеренным). Таким образом, объем информации для полной идентификации циркуляционной системы формальными методами недостаточен, однако он достаточен для идентификации с некоторой погрешностью. Погрешность идентификации цирксистемы ТОТЭЦ не превышает 3-5-5 %.

На рис. 3 приведены эпюры давлений, полученные на идентифицированной модели. Из их анализа следует, что на входе в насосы значения напоров достаточно низкие (-2 - -4 м), что может привести к срыву их работы.

0 70 1<0 210 280 350 420 490 Я0

Гвс 3 Граф^хэкгЕпшявзпоровоолизкяэсяатчасттмехаутрадирчяии^-!

Отметим, что минимальное давление воды (по условиям вскипания) при ее температуре после градирен (около 30 °С) составляет -4 м. Из эпюр рис. 3, 4 видно, что насосы центральной части цирксистемы (ЦН-5А, 5Б; ЦН-7А, 7Б) во всасывающей линии работают на пределе давлений по условиям вскипания воды

при данной температуре.

Проведенное экспериментальное исследование цирксистемы ТоТЭЦ позволило выявить ряд серьезных проблем в ее работе. Квалифицированное решение многих из них возможно лишь на основе компьютерного моделирования различных режимов работы и вариантов модернизации. Кроме того, результаты натурных экспериментов позволили произвести приближение компьютерной модели к реальной системе с учетом изменений, произошедших за весь срок эксплуатации.

В четвертой главе диссертации представлены результаты расчета и анализа вариантов реконструкции цирксистемы ТОТЭЦ.

Проведенные на модели многочисленные расчеты показали большие перекосы в распределении циркводы на правую (градирни 1, 2) и левую (градирни 3,4,5,6) части цирксистемы. Для случая «чистой» цирксистемы (все оборудование с паспортными характеристиками, трубопроводы не загрязненные) поступление циркводы на Гр-1,2 на 8000 т/час меньше, чем отбор. В то же время поступление на Гр-3,4, 5,6 примерно на эту же величину больше, чем отбор.

Суммарное количество циркводы, перекачиваемой циркнасосами и поступающей на градирни, составляет 70000 т/час. В данном случае на Гр-1,2 наблюдается резкое понижение уровня воды в чашах, а в чашах Гр-3,4,5,6 - перелив.

Для установления равновесия в чашах градирен (приток равен отбору) на модели было выполнено прикрытие соответствующих задвижек. В результате этих мероприятий суммарный расход воды в модели уменьшился до 45000 т/час. Отметим, что на реальной цирксистеме ТОТЭЦ при одинаковом с моделью составе работающего оборудования суммарный расход составляет 42000 т/час. Причем, такой расход устанавливается в результате прикрытия тех же самых задвижек с целью недопущения переливов и падения уровней в чашах градирен, т.е. выполнения операций, аналогичных тем, которые выполнялись на модели. Таким образом, выполняя одинаковые операции на реальной цирксистеме и в модели, получаем примерно одинаковый результат. Дальнейшая идентификация цирксистемы на основе имеющихся экспериментальных данных по расходам и давлениям циркво-ды в различных точках цирксистемы позволила получить модель, отличающуюся от реальной системы не более, чем на 3% по расходу циркуляционной воды.

Исследования на модели показали, что ввиду существенного прикрытия задвижек с целью ликвидации перекосов расхода циркводы по правой и левой части цирксистемы ее производительность уменьшается более, чем на 1/3 (с 70000 до 42000 т/час). При этом происходит существенный перерасход электроэнергии, так как работающие на полную мощность насосы вынуждены преодолевать искусственно созданные сопротивления.

Все сказанное выше позволяет делать заключение об ошибках, допущенных при проектировании цирксистемы ТОТЭЦ, что можно оправдать сложностью этой цирксистемы и невозможностью ее точного расчета при существовавшем в то время (около 40 лет назад) уровне развития вычислительной техники и программного обеспечения. Кроме того, следует отметить неудачный вариант реконструкции, связанный с введением в левой части цирксистемы новой градирни № 6 с большим числом сопел. Введение новой градирни уменьшило сопротивление левой части цирксистемы, увеличив тем самым перекосы по расходам.

Применительно к цирксистеме ТОТЭЦ в настоящей работе на компьютерной модели просчитано большое число вариантов ее реконструкции с целью увеличения расходных характеристик и охлаждающей способности. Основные проблемы этой цирксистемы, как уже указывалось выше, в больших перекосах поступления

и отбора воды на правой и левой ее частях. В свою очередь, перекосы обусловлены полной несимметрией правой и левой половин цирксистемы (по градирням), сильно отличающимися мощностями циркнасосов и разным сечением напорных и сбросных трубопроводов (зауженное сечение d=800 мм в районе ЦН-5, являющимися наиболее мощными). Все эти проблемы были заложены на стадии проектирования и предыдущих реконструкций. Основная цель реконструкции - найти такой ее вариант, который позволил бы существенно (примерно до 60-65 тыс. т/час) повысить расходные характеристики цирксистемы при минимальных перестроениях схемы, используя в основном существующее оборудование.

При анализе различных вариантов реконструкции первоначально рассмотрим вариант, в котором предполагаются максимальные перестроения схемы и в котором будут разрешены практически все имеющие место в цирксистеме проблемы. То есть, это вариант-образец (идеальный вариант), к которому нужно приближаться, уменьшая объемы реконструкции и определяя в конечном итоге оптимальный вариант. Таким вариантом (по предложению ТОТЭЦ) был принят следующий. Все четыре нитки существующих трубопроводов (два всасывающих и два сбросных) сделать всасывающими (трубопроводы I, И, III, IV), а в качестве сбросного использовать новый трубопровод V (d - 2200 мм), проложенный на поверхности (нулевая отметка) (рис. 4). Цирксистема «чистая», оборудование с паспортными характеристиками. Задвижки 1-11 открыты.

Результаты расчетов позволяют сделать следующие заключения. Суммарное количество жидкости, прокачиваемое насосами через конденсаторы и градирни, составляет 64498 т/час Такой расход близок к расчетному расходу по производительности циркнасосов для системы с паспортными характеристиками. При этом расход на правую группу градирен (ГР - 1,2) составляет 14916 т/час, при практически отсутствующем перекосе между поступлением воды на градирни и оттоком от них как на правой, так и на левой частях цирксистемы.

Суммарный расход в левой части цирксистемы (ГР-3, 4, 5, 6) составляет 50082 т/час. Имеются лишь небольшие перекосы в поступлениях и отборах на отдельные градирни левой стороны цирксистемы, которые были устранены прикрытием соответствующих задвижек, что уменьшило суммарный расход в цир-ксистеме не более, чем на 1500 т/час. В данном варианте хорошие условия создаются на всасе всех насосов. В частности, разрежение на всасе нигде не опускается ниже - 0,8 м. Следующий недостаток этого варианта состоит в повышенном давлении на выходе насосов ЦН-5 (29,5 м) и соответственно этому повышенное давление на входе в конденсатор ТГ-5 (ПТ-85). Конденсатор этой машины аналогичен конденсатору ПТ-60 (ТГ-1, 2), для которых максимально допустимое давление по инструкции составляет 20 м. Столь высокое давление на выходе ЦН-5 объясняется чрезмерно большой мощностью этих насосов (напор при закрытой задвижке на выходе ^ = 0) составляет 44 м), которая в данном случае, вообще говоря, не требуется. В связи с чем, был просчитан вариант, отличающийся от предыдущего варианта лишь тем, что мощность насосов ЦН-5 принята равной мощности насосов ЦН-1,2.

Анализ результатов расчетов этого варианта позволяет заключить о том, что давление на входе всех конденсаторов ТГ-5 уменьшились до 18,8 м. Кроме того, уменьшилось также разрежение на всасе насосов ЦН-5 с -0,7 м до -0,6 м. Суммарный расход в системе уменьшился до 62626 т/час. При этом на градирни 1,2 все также поступает избыточное количество воды (14452 т/час), превышающее их паспортную (около 11000 т/час) пропускную способность.

rpw<

Г В Б А

К-»

Г 6 Б А

ДО

фффф

V

УС«р

м

IV

ili

w©©

М

ф ф

кг

Я«к. Рр

V

М

фф

KI

Лев Пр.

м м

щ

) П.. 1Эс*с.

грма

ГрИ5

Гр»3

Рис. 4. Состав оборудования*

Четыре всасьеащих трубопровода (I. II 111, V) и одш (новый) а-рооюи (V) (4 I)

грмг

ГрИ I

Для устранения этого недостатка был просчитан вариант, когда цирксистема путем перекрытия вновь введенных задвижек 7, 8, 9, 10, 11 (рис. 4), которых нет на реальной схеме, разделяется на две независимые системы. При таком разделении насосы ТГ-1 работают лишь на градирни 1, 2, а все остальные насосы - на градирни 3,4, 5, 6. Насосы ТГ-5 остаются без изменения (самыми мощными). Из анализа результатов следует, что суммарный расход составляет 64709 т/час, что почти не отличается от предыдущего варианта (64498 т/час), когда цирксистема не разделена и работает как единое целое. Таким образом, сам факт деления цирксисте-мы на две независимые системы практически не повлиял на ее расходные характеристики.

Другой предложенный вариант реконструкции отличается своей малозатрат-ностью. Используется в основном существующее оборудование и трубопроводы. Смысл предложения заключается в том, что один из сбросных трубопроводов используется в качестве всасывающего. В результате получаем три всасывающих трубопровода и один сбросной. Исследования на модели показали, что такой вариант реконструкции позволяет решить в той или иной степени все обозначенные проблемы. Были просчитаны варианты такой реконструкции как с разделением цирксистемы на две подсистемы, так и без разделения. Суммарная циркуляция в этом варианте достигает величины 64,4 тыс. м3/ч, а разряжение на всасс насосов не превышает 1 м вод. ст. Главным недостатком этого варианта реконструкции является отсутствие резервирования по сбросному трубопроводу.

Еще одним эффективным вариантом реконструкции является вариант «расшивки» всасывающих трубопроводов непосредственно в районе циркуляционных насосов, где их сечение наиболее «зажато». На участке от ТГ-2 до ТГ-8 вводится новый сбросной трубопровод, а существующий сбросной используется как всасывающий. Таким образом, на этом участке получаем три всасывающих и два сбросных водовода. Расчеты на модели показали значительное увеличение суммарной циркуляции - величина ее составила 69 тыс. м3/ч. Однако существенным недостатком этого варианта является то, что не решается проблема повышенного разряжения на всасе насосов. Величина его на всасе насосов ТГ-2, ТГ-5 составила 3,1 м вод. ст.

В четвертой главе приведены также результаты расчетов и анализ ряда других (менее радикальных) вариантов реконструкции цирксистемы. В частности, замена насосов ЦН-5, 7, 8 на менее мощные насосы, введение новой градирни в правой части цирксистемы, применение рециркуляции циркводы и другие варианты.

Одной из наиболее серьезных проблем цирксистемы ТОТЭЦ является перекос по уровням в чашах градирен правой (ГР-1, 2) и левой (ГР-3, 4, 5, 6) ее половин. Разность уровней при полностью открытых задвижках составляет около 5 м. Имеется несколько причин такого состояния.

Первая причина - значительно большее гидравлическое сопротивление градирен 1, 2 по сравнению с группой градирен 3, 4, 5, 6. Уже сам факт большого количества градирен левой стороны приводит к заключению о меньшем се сопротивлении. Если сравнить левую и правую стороны по количеству сопел, то можно увидеть, что слева на всех градирнях их 10242, а справа - 1480 (в процентном отношении слева 87,4%, справа - 12,6%). Кроме того, система водораспределения ГР-1,2 расположена на 2 м выше, чем ГР-3,4, 5, 6. По количеству поступающей жидкости в свободной циркси-стеме (все задвижки на сбросе и всасе градирен открыты) имеем слева 59772 т/ч и справа 11604 т/ч или в процентном отношении 84% слева и 16% справа. Несколько большее процентное количество поступающей в правую часть цирксистемы

жидкости по сравнению с процентным количеством сопел связано с тем, что градирни 1, 2 находятся на расстоянии около 100 м от крайних справа насосов ЦН-1, тогда как градирни 3,4,5,6 находятся на расстоянии около 300 м от крайних левых насосов ЦН-8 цирксистемы.

Для устранения перекосов уровней жидкости в чашах градирен на реальной цирксистеме с помощью задвижек искусственно создается повышенное сопротивление левой стороны. Это приводит к тому, что на правую половину поступает значительно большее количество жидкости (16000 т/ч) при уменьшении общего количества жидкости, проходящей через все градирни (58448 т/ч) или в процентном отношении слева - 72,6, справа -27,4 %.

При таком количестве жидкости, поступающей на Гр-1,2, в их стояках неизбежно возникает перелив (напор на входе 15 м при высоте стояков 9,7 м). В связи с чем, существенно ухудшаются охладительные способности градирен. В самом деле, градирни 3,4,5,6, которые могли бы работать при значительно большем расходе, не могут его получать по причине перекоса уровней в чашах градирен левой и правой половин. В то же время градирни 1,2, которым нужно всего около 8-9 тыс. т/ч жидкости, получают ее в два раза больше. Чтобы не допустить переливов жидкости на стояках Гр-1,2, необходимо повышать также и сопротивление этих градирен (наряду с Гр-3,4,5,6), что снова будет приводить к перекосам уровней в чашах левой и правой половин. В связи с чем, сопротивление Гр-3,4,5,6 также нужно будет увеличивать еще больше.

В результате всех этих процедур по выравниванию уровней в чашах градирен левой и правой половин цирксистемы, а также по недопущению перелива жидкости через стояки Гр-1,2, производительность цирксистемы падает с 70000 т/ч (паспортная производительность) до 40-42 тыс. т/ч (реальная производительность).

Ввиду того, что количество насосов неизменно и оно рассчитано на паспортную производительность, то при уменьшенном примерно на 1/3 суммарном расходе они будут иметь острый дефицит жидкости, т.е. того количества жидкости, которое циркулирует в цирксистеме, им будет совершенно недостаточно. В связи с чем, неизбежно возникают проблемы на всасе насосов, связанные с недостаточным давлением. Расчеты на модели полностью подтверждают эти заключения.

В частности, они показали, что замена 10 насосов (из 12) на менее мощные в «зажатой» (с прикрытыми задвижками с целью выравнивания уровней чаш градирен слева и справа) цирксистеме практически не влияет на ее расходные характеристики. Важно отметить, что такая замена приводит к значительному улучшению положения на всасе насосов.

Установление равновесия между левой и правой половинами цирксистемы возможно лишь путем соответствующей регулировки сопротивлений этих половин. При этом необходимо учитывать большое число факторов, в ряде случаев, противоречивых. Например, при «открытой» цирксистеме (все задвижки полностью открыты) для уменьшения количества поступающей на ГР-1,2 жидкости требуется увеличивать сопротивление этих градирен путем прикрытия задвижек на сбросных трубопроводах. Однако эта процедура ведет к резкому падению уровня жидкости в чашах ГР-1,2, т.к. при неизменном количестве насосов жидкость чаш ГР-1,2 перекачивается в левую половину цирксистемы, создавая повышенный уровень в чашах ГР-3,4,5,6. В связи с чем, необходимо также прикрывать задвижки и на всасывающих трубопроводах правой половины. Все это приводит к существенному ухудшению положения на всасе насосов ЦН-1,2,5.

С другой стороны, для уменьшения уровня в емкостях ГР-3, 4, 5 ,6 необходимо

увеличивать сопротивление на сбросных трубопроводах левой половины. Это приводит к уменьшению и без того малого давления на соплах. В настоящее время давление на соплах ГР-3,4,5,6 менее 2 м (держать большое давление не позволяет высота стояков - превышение над соплами 2 м).

Таким образом, эффективно учесть все это количество порой противоречивых факторов весьма затруднительно даже на компьютерной модели. По-видимому, решение этой задачи без уменьшения проектных расходных характеристик вряд ли достижимо. Такие системы нужно проектировать как раздельные, с обязательным учетом вопросов маневренности (при выводе оборудования в ремонт).

Разделение цирксистемы ТОТЭЦ на две независимые подсистемы при данном составе оборудования весьма затруднительно по следующим причинам. Исходя из суммарной мощности градирен 1,2 (около 9000 т/ч), такое деление можно выполнить, отнеся к правой подсистеме конденсатор ТГ-1 и половину конденсатора ТГ-2 или один только конденсатор ТГ-1. Однако даже в этом последнем случае при выводе в ремонт одной из градирен 1,2 воды для конденсатора ТГ-1 будет недостаточно. В связи с чем, разделение цирксистемы ТОТЭЦ на две подсистемы может быть выполнено только после того, как Гр-1,2 будут подвергнуты серьезной реконструкции (существенное увеличите числа сопел), либо здесь будет установлена новая градирня.

Установка новой градирни справа (в районе Гр-1,2) может быть наиболее эффективной только при разделении цирксистемы на две независимые подсистемы. Если такое разделение не выполнять, то, как показали расчеты на модели, введение новой градирни практически не влияет на перекос уровней в чашах градирен между левой и правой половинами цирксистемы. В самом деле, перекос зависит от конструкции Гр-1,2, которые имеют более высокое сопротивление по сравнению с Гр-3,4,5,6 из-за более высокого расположения сопел (на 2 м выше) и малого их количества. Этот перекос может быть ликвидирован только путем реконструкции градирен правой или левой половин цирксистемы с целью соответствующего изменения соотношения их гидравлических сопротивлений. Перекос в цирксистеме ТОТЭЦ в настоящее время регулируется прикрытием задвижек, а также переливом через стояки Гр-1,2, который имеет место в большинстве просчитанных на модели режимах, включая и режим, выполненный на основе экспериментальных данных (один из режимов работы реальной цирксистемы).

В правой половине цирксистемы (Гр-1,2) необходимо уменьшить общее количество поступающей сюда жидкости до 8 - 9 тыс. т/ч с одновременным увеличением числа сопел с целью существенного поднятия уровня жидкости в чашах Гр-1,2. Недостаточное количество сопел этих градирен является одной из важнейших причин низкого уровня в их чашах (если нет переливов через стояки).

В левой половине цирксистемы (Гр-3,4,5,6) необходимо поднимать давление на соплах с уменьшением их количества на Гр-6. Для этого необходимо поднять высоту стояков Гр-3,4,5,6 с 6,2 м до 9-10 м. Эти мероприятия приведут к выравниванию уровней в чашах градирен левой и правой половин цирксистемы и к существенному возрастанию охладительной способности градирен (за счет улучшения параметров факела разбрызгивания на Гр-3,4,5,6).

Наименее затратным и наиболее эффективным мероприятием было бы введение трех групп задвижек 3-1, 3-2 (на сбросных трубопроводах слева), 3-7, 3-8 (на сбросных трубопроводах справа) и 3-5, 3-6 (на всасывающих трубопроводах справа). С помощью этих задвижек можно быстро и с достаточно высокой точностью отрегулировать уровни жидкости в чашах градирен левой и правой половин цирксистемы, а также количество жидкости, поступающей на Гр-1,2.

Для повышения расходных характеристик цирксистемы и эффективности ох-

лаждения воды необходимо увеличивать перепад уровней в стояках и чашах градирен 3,4,5,6. В стояках увеличивать (с увеличением их высоты), а в чашах -уменьшать. Для этих целей наиболее эффективным было бы повышение мощности циркнасосов. Однако для цирксистемы ТОТЭЦ это мероприятие неосуществимо даже при имеющихся насосах ввиду малой пропускной способности всасывающих трубопроводов, заменить которые вряд ли возможно из-за высокой стоимости реконструкции.

В связи с этим эффективным решением было бы применение рециркуляции цир-кводы с введением дополнительных насосов. Она вводится именно для целей увеличения перепада уровней в стояках и чашах градирен 3,4,5,6. При этом может достигаться многократный эффект. Увеличение напора на соплах приводит к улучшению параметров факела разбрызгивания (его высоты и радиуса). Повторное охлаждение части жидкости в градирнях приводит к уменьшению температуры воды на входе в конденсаторы и, следовательно, к уменьшению потребности в ней. Существенно улучшаются условия работы основных насосов, подающих жидкость в конденсаторы турбин, ввиду улучшения положения на их всасе и уменьшения количества прокачиваемой ими жидкости. При этом улучшается положение справа (Гр-1,2), т.к. большая часть жидкости будет циркулировать и лучше охлаждаться у градирен 3,4,5,6.

Известно, что большое влияние на основные показатели работы ТЭЦ оказывает эффективность работы системы циркводоснабжения. Главным конечным показателем работы является удельный расход топлива на выработанный кВт-ч электроэнергии в конденсационном режиме, который, в свою очередь, зависит от ряда прямых и косвенных факторов.

С точки зрения термодинамики, определяющим здесь является температура нижнего источника теплоты и соответственно теплосодержание отработанного пара в конденсаторе турбины. Увеличение располагаемого адиабатного теплопе-репада приводит к снижению удельного расхода топлива. Теплосодержание пара на выхлопе турбины определяется в первую очередь вакуумом в конденсаторе. Основные причины повышенного давления в конденсаторе - это недостаточная величина циркуляции воды через конденсатор турбины и высокая температура циркуляционной воды перед конденсатором турбины.

Одной из задач данной работы является поиск варианта реконструкции цир-ксистемы Тольяттинской ТЭЦ, который позволил бы, с минимальными затратами получить увеличение объема циркуляции воды. При этом особое внимание уделялось вопросу равномерной загрузки градирен и конденсаторов турбин. Необходимо было получить такой вариант, при котором кратность циркуляции всех конденсаторов была бы примерно одинаковой, а загрузка градирен такой, при которой достигается максимальный охлаждающий эффект.

Для анализа различных вариантов реконструкции изначально был проведен анализ фактических режимов работы ТЭЦ в наиболее напряженный по конденсационной выработке летний период. Период работы ТЭЦ был выбран с мая по октябрь 2003 года. В качестве исходных данных использовалась стандартная форма отчетности 3-тех и другая отчетная документация группы учета ПТО ТЭЦ. Анализ работы проводился укрупнено без разбивки по агрегатам. В этот период работе находились 4 или 5 турбоагрегатов, работающих в том числе и по конденсационному циклу. Две ПТ-60, две Т-100 и одна ПТ-80. Максимальная конденсационная мощность ТЭЦ отмечена в сентябре, и ее среднемесячная величина составила 233 МВт. Из таблицы видно, что достигнутая мощность является предельно возможной для ТЭЦ при существующем объеме циркуляции охлаждающей воды 43 тыс.

Дальнейшее наращивание мощности приведет к увеличению давления вы-

хлопного пара свыше 0,12 кгс/см2, которое является предельным для данных типов турбин. Кроме того, нагрев циркуляционной воды составил 9,2 °С, что также является величиной, близкой к предельной. Перерасход топлива в этот период за счет повышенного давления отработавшего пара, составил 1420 тут.

Параметр Месяц

Размерность май июнь июль август сентябрь октябрь

Выработка Э/Э гыс. МВтч 134,2 170,1 186,7 228,3 255 277,8

Выработка Э/Э по конден. циклу гыс. МВт-ч 47,8 81,9 97,7 139,8 167,8 155,2

Средняя конден. мощность МВт 64,2 113,8 131,3 187,9 233 208,6

Температура циркво-ды до/после конденсатора 'С 26,7/35,7 27,4/34,7 30,9/39,5 30,8/41,8 29,5/38,7 26,9/36,9

Нагрев циркводы 'С 9,0 7,3 8,6 11,0 9,2 10,0

Давление пара на выхлопе Т/А кгс/см2 5,96 9,087 0,114 0,122 9,115 9,095

Энтальпия пара на выхлопе ккал/кг 589 587 590 591 589 588

Температура насыщения 'С 44,7 42,7 48,0 49,4 48,2 44,5

Расход выхлопного пара г/ч 201 375,9 412,9 590 733 656

Кратность циркуляции 60,2 74 62,9 49 58,8 54,3

Расход циркводы гыс. т/ч 12,1 28,0 25,9 28,9 43,1 35,6

Температурный напор 'с 9,0 8,0 8,5 7.6 9,5 7,6

Сравнивая параметры работы ТЭЦ по месяцам, можно сделать вывод, что снижение температуры циркуляционной воды перед конденсаторами турбин не приведет к значительному увеличению располагаемой конденсационной мощности. Однако понижение температуры благоприятно скажется на давлении выхлопного пара и соответственно на термодинамических показателях работы ТЭЦ. В первую очередь это приведет к снижению удельного расхода топлива. Повышение располагаемой конденсационной мощности возможно лишь за счет увеличения кратности циркуляции охлаждающей воды, то есть увеличения суммарной циркуляции.

Кроме того, увеличение циркуляции воды через градирни брызгального типа приведет к увеличению разбрызгивания на соплах и соответственно к увеличению тепловой мощности градирен и снижению температуры воды перед конденсаторами.

При выборе варианта реконструкции основными критериями являлись: увеличение располагаемой конденсационной мощности и снижение удельного расхода топлива на выработанный кВт/ч по конденсационному циклу. Улучшение вы-шеобозначенных показателей возможно путем увеличения суммарного объема циркуляции охлаждающей воды, снижения температуры охлаждающей воды перед конденсаторами турбин (увеличение охлаждающего эффекта градирен), рав-

номерности загрузки градирен и конденсаторов турбин, а так же выравниванием существующих перекосов уровней между левой и правой половинами цир-ксистемы.

При сравнительном анализе вариантов реконструкции тепловая эффективность работы генерирующего оборудования оценивалась по типовым энергетическим характеристикам турбин и конденсаторов. Стоимость реконструкции, сроки окупаемости и экономическая (рублевая) эффективность реконструкции в данной работе не рассматривались. Сравнение вариантов реконструкции производилось как между собой, так и с фактическим режимом работы ТЭЦ в сентябре 2003 года.

Вариант реконструкции

Нзименованиевеличин Фактический режим (сентябрь 2003) I вариант 4 всас. труб. 1 сбросной труб. 11 вариант 3 всас. труб. 1 сбросной труб. II вариант 3 всас. труб. 2 сбросных труб, между ТГ-2+8

Суммарная циркуляция (м'/ч) 43 ООО 52 600 64 500 69000

Конденсационная мощность (МВт) 233 339 349,5 373,9

Кратность циркуляции 58,8 58,8 58,8 58,8

Преимущества Наиболее эффективный вариант Минимальные затраты, высокая эффективность Незначительн. затраты, высокая эффективность

Недостатки Знач. кап. затраты Отсутствие резервирования Повышенное разряжение на всасе ЦН-2; 5

С целью получения сопоставимых результатов для анализа было принято допущение, что при увеличении суммарного расхода охлаждающей воды кратность циркуляции сохраняется за счет соответствующего увеличения расходов выхлопного пара с соответствующим увеличением конденсационной мощности. При этом, если изменение температуры циркуляционной воды отсутствует, то остальные параметры режима остаются неизменными.

В таблице представлен сравнительный анализ нескольких вариантов реконструкции. За основной сравнительный критерий была принята - максимальная величина конденсационной нагрузки. При этом необходимо отметить, что в данном анализе принято допущение о сохранении кратности циркуляции. Если же в качестве постоянной величины сохранить конденсационную мощность, то, очевидно, что это приведет к значительному снижению нагрева охлаждающей воды за счет увеличения кратности циркуляции и, как следствие, к снижению температуры охлаждающей воды перед конденсаторами за счет понижения температуры воды перед градирнями.

Наименование величин Фактический режим (сентябрь 2003) Вариант реконструкции

1 вариант 4 всас. труб. 1 сбросной труб. II вариант 3 всас. труб. 1 сбросной труб. И вариант 3 всас. труб. 2 сбросных труб, между ТГ-2+8

Средняя мощность (МВт) 354,2 358,9 359,2 359,8

Суммарная циркуляция (м3/ч) 43 000 52 600 64 500 69000

Конденсационная мощность (МВт) 233 233 233 233

Кратность циркуляции 58,8 85,6 88,2 94,3

Давление отработавшего пара (кгс/см2) 3,115 0,099 0,098 0,096

Нагрев циркводы (°С) 9,2 6,3 6,1 5,7

Температура ЦВ псред/после конденсаторов (°С) 29,5/38,7 29,5/35,8 29,5/35,6 29,5/35,2

Температурный напор (°С) ?,5 9,5 ),5 9,5

Увеличение мощности, за счет уменьшения давления выхлопа (МВт) Э 1,67 4,96 5,55

Удельный расход теплоты брутто на турбину (ккал/кВтч) 1882 1857 1856 1853

Удельный расход условного топлива на выработанный кВт-ч(г/кВтч) 245 241,8 241,6 241,1

Преимущества Наиболее эффективный вариант Минимальные затраты, высокая эффективность Незначительн. затраты, высокая эффективность

Недостатки Знач. кал. за граты Отсутствие резервирования Повышенное разряжение на всасе ЦН-2; 5

Принятые при этом допущения, связанные с неизменностью температурного напора и неизменностью температуры охлаждающей воды после градирен, в какой-то мере взаимно компенсируют друг друга. Причем, снижение температуры воды после градирен за счет уменьшения температуры воды на их входе будет более значительным, чем увеличение температурного напора конденсаторов за счет увеличения расхода охлаждающей воды. Поэтому величина дополнительной мощности с учетом изменения температуры охлаждающей воды и температурного напора будет не меньше, чем в представленном сравнении.

Сравнивая представленные варианты по критерию тепловой эффективно-

сти, можно заметить, что все три варианта являются примерно равнозначными (незначительное преимущество в этом плане имеет вариант №3).

С точки зрения капитальных затрат предпочтение следует отдать варианту №2, в котором используется в основном существующее оборудование. Недостатком, связанным с отсутствием резервного сбросного водовода, можно пренебречь, если проработать вопрос использования одного из всасывающих водоводов в качестве сбросного на время аварийной ситуации с соответствующим ограничением по мощности.

С точки зрения наилучшего сочетания затратности и надежности предпочтение следует отдать варианту №3. Обозначенный недостаток в виде повышенного разряжения на всасе циркуляционных насосов легко устраняется снижением суммарной циркуляции до величины, полученной в варианте № 3 путем введения искусственных сопротивлений в виде прикрытых задвижек или специально установленных регулирующих устройств. При этом имеет место незначительное снижение тепловой эффективности работы оборудования.

В этой же главе предложена упрощенная методика определения максимальной конденсационной мощности ТЭЦ с градирнями в зависимости от метеофакторов, в частности, от температуры наружного воздуха. За точку отсчета принимается температура воздуха 0°С. Кроме того, неизменным принимается расход охлаждающей воды, циркулирующий через конденсаторы турбин и расход пара в конденсаторы.

Построение данной зависимости производится по нормативным характеристикам установленного оборудования, в частности, используется поправка к электрической мощности на отклонение давления отработавшего пара. Пример такой зависимости представлен на рис. 5.

Зависимость максимальной конденсациожой мощности от температуры наружного воздуха

1001 * I " 1 * (С ? 97 £ 0 1 ев

и X ф 1 95 94 93

5 10 15 2 Температура нар} 0 2 гжного воч 5 3 у*а.°С О 35 АО

Рис. 5

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана математическая и компьютерная модель цирксистемы, основанная на математическом аппарате теории графов и линейной алгебры. В основу модели положены два уравнения, аналогичные уравнениям, применяемым при расчете электрических сетей. Первое уравнение - уравнение баланса расходов (равенства притока и оттока воды в каждом узле). Второе - равенство нулю потерь напора при обходе каждого кольца. Используя паспортные характеристики оборудования, была создана компьютерная модель «чистой» (идеальной) цир-ксистемы, имеющей максимальную производительность по количеству циркуляционной воды.

2. Выполнены экспериментальные исследования цирксистемы Тольяттин-ской ТЭЦ, позволившие сделать заключение о фактическом состоянии циркси-стемы. И, в частности, было показано: конденсаторы турбин не обеспечены расчетным количеством охлаждающей воды в соответствии с нормативными данными; температура воды на входе в конденсаторы на 2- 3 °С выше предельно допустимых значений; температурные напоры в конденсаторах турбин на 3-5 °С выше нормативных значений, что объясняется наличием отложений на поверхностях трубок; гидравлическое сопротивление конденсаторов превышает нормативные величины, что является следствием заноса трубных досок и отложений па трубках; все градирни недоохлаждают циркуляционную воду на 4-5 °С.

3. На основе экспериментальных данных по расходам и давлениям в различных точках цирксистемы выполнена идентификация компьютерной модели. Идентификация выполнялась путем итеративного подбора сопротивлений элементов гидравлической сети с таким расчетом, чтобы результаты, получаемые на модели, в пределах заданной точности совпадали с данными эксперимента.

Как показали исследования, построенная таким путем компьютерная модель реальной цирксистемы с действительными сопротивлениями ее элементов позволяет получать результаты, отличающиеся от экспериментальных данных не более, чем на 3-4 %.

4. Анализ режимов работы системы технического водоснабжения, выполненный с использованием компьютерной модели, позволил сделать вывод о том, что одной из наиболее серьезных проблем цирксистемы ТОТЭЦ является перекос по уровням в чашах градирен правой (Гр-1,2) и левой (Гр-3,4,5,6) ее половин. Разность уровней при полностью открытых задвижках составляет около 5 м. Основная причина - большое гидравлическое сопротивление градирен 1,2 по сравнению с градирнями 3,4,5,6. С целью уменьшения перекоса по уровням воды в чашах градирен рекомендовано увеличить число сопел на градирнях 1,2. В работе представлен обоснованный исследованиями на модели расчет числа сопел.

5. Расчеты на компьютерной модели показали, что деление цирксистемы ТОТЭЦ на две независимые подсистемы позволяет значительно увеличить расходные характеристики и улучшить положение на всасе насосов ввиду уменьшения суммарного сопротивления цирксистемы, так как отпадает необходимость выравнивания перекосов по расходам между правой и левой подсистемами путем прикрытия соответствующих задвижек. Однако такое мероприятие возможно лишь в случае существенного увеличения числа сопел на градирнях 1,2 или установки в их районе новой градирни. В противном слу-

чае возникают проблемы с резервом мощности градирен при выводе одной из них в ремонт.

В левой половине цирксистемы (Гр-3,4,5,6) необходимо уменьшить число сопел на градирне № 6. Это мероприятие позволит поднять уровень в стояках всех градирен левой половины, что приведет к увеличению напора на всех соплах и к увеличению факела разбрызгивания. Все это позволит улучшить охладительную способность градирен и устранить вероятные переливы воды через чашу Гр- 6.

6. Проведен сравнительный анализ трех наиболее характерных вариантов реконструкции цирксистемы ТоТЭЦ. При анализе во внимание принималась тепловая эффективность работы оборудования в результате реконструкции, надежность работы оборудования, затраты на проведение реконструкции. Наиболее предпочтительным оказался вариант №3, при котором частично «расшиваются» сбросные трубопроводы, но достигается максимальный тепловой эффект. С точки зрения надежности работы оборудования в этом варианте сохраняется резервирование как по всасывающему, так и по напорному трубопроводу. Повышенное разряжение на всасе легко устраняется путем незначительного искусственного снижения величины циркуляции

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кудинов В.Л., Коваленко А.Г., Колесников СВ., Панамарев Ю.С. Разработка компьютерной модели и исследование работы циркуляционной системы Новокуйбышевской ТЭЦ-2. // Изв. АН Энергетика. 2001, №6. С. 118124.

2. Кудинов ВА, Исаев Л.Е., Стефанюк С.А., Колесников СВ., Исследование теплообмена в регенеративных подогревателях. //Вестник СамГТУ. вып. 13. сер. «Технические науки». С. 158-162.

3. Колесников СВ., Кудинов ВА, Коваленко А.Г., Панамарев Ю.С. Исследование режимов работы цирксистемы Новокуйбышевской ТЭЦ-2 с помощью компьютерной модели. //Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках». Тверь, ТГГУ. 2001. С. 39-40.

4. Гнеденко В.В., Колесников СВ., Кудинов ВА, Стефанюк СА. Приближенные решения нестационарных задач теплопроводности для турбулентных потоков жидкости. //Тезисы докладов VIII Всероссийского съезда по теоретической и прикладной механике. Екатеринбург. УРО РАН, 2001. С.188.

5. Колесников СВ., Дикоп В.В., Томкин С.Н., Кудинов ВА. Исследование гидравлических режимов работы цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ на компьютерной модели.//Изв. вузов СНГ. Энергетика. 2002, №6. С. 90-95.

6. Колесников СВ., Дикоп В.В., Панамарев Ю.С, Кудинов В.А Разработка компьютерной модели системы циркводоснабжения Тольяттинской ТЭЦ. //Доклад на III Всероссийской научно-практической конференции. Иваново, ИГЭУ. 2002. С. 39-43

7. Дикоп В.В., Кудинов В.А., Коваленко А.Г., Колесников СВ. Компьютерные модели теплосетей и цирксистем. //Доклад на Международной научно-практической конференции «Проблемы развития централизованного теплоснабжения. Самара, ОАО «СМУЭК». 2004. С. 6-14.

8. Кудинов В.А., Якубович Е.Л., Семистенов А.В., Колесников СВ., Па-намарев Ю.С. Разработка и внедрение системы регулирования отопления учебного корпуса. // Доклад на Ш Всероссийской научно-практической конференции Иваново, ИГЭУ. 2002. С. 169-171.

Подписано в печать

Формат бумаги 60x84 1/16. Печать плоская. Усл. Изд.л. 3,0. Тираж 100 экз. Заказ N325

Отпечатано в издательско-полиграфическом центре Самарского государственного технического университета 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

» 13 963

Общая характеристика работы 3 *

Глава 1 Обзор работ в области создания математических и компьютерных моделей тепловых и гидравлических сетей, а также исследований режимов работы цирксистем

1.1 История развития теории гидравлических цепей и создания их математических моделей

1.2 Современное состояние вопроса работы ТЭЦ по конденсационному циклу

1.3 Влияние состояния систем циркводоснабжения ТЭЦ с градирнями на себестоимость и конкурентоспособность продукции

1.4 Состояние современных систем оборотного циркводоснабжения и пути повышения эффективности их работы

1.5 Характеристики существующих систем циркводоснабжения

Глава 2 Разработка математической и компьютерной модели цирксистемы

Тольяттинской ТЭЦ ф 2.1 Элементы теории графов

2.2 Математическая модель и методика расчета сложных гидравлических систем

2.3 Характеристика программы расчета гидравлических сетей

2.4 Гидравлические характеристики элементов расчетной схемы

2.5 Расчетная схема для ПЭВМ

Глава 3 Экспериментальное обследование цирксистемы ТО ТЭЦ и идентификация компьютерной модели

3.1 Методика и программа проведения эксперимента

3.2 Техническая характеристика оборудования

3.3 Экспериментальное обследование оборудования циркуляционной системы

3.4 Анализ результатов экспериментальных исследований

3.5 Идентификация компьютерной модели с использованием результатов экспериментов

Ш Глава 4 Расчет и анализ вариантов реконструкции цирксистемы

4.1 Четыре всасывающих трубопровода и один сбросной

4.2 Три всасывающих трубопровода и один сбросной

4.3 Замена ЦН-5,7,8 на менее мощные насосы

4.4 Частичная реконструкция внутри цирксистемы и у градирен

4.5 Регулирование уровней в чашах градирен путем введения задвижек на сбросных трубопроводах

4.6 Введение новой градирни в правой части цирксистемы

4.7 Регулирование работы цирксистемы путем введения задвижек на всасывающих и сбросных трубопроводах

4.8 Расчет цирксистемы с применением рециркуляции циркводы

4.9 Анализ тепловой эффективности вариантов реконструкции цирксистемы ТОТЭЦ

Выводы

Актуальность темы

В последнее десятилетие в электроэнергетике наблюдается негативная тенденция - снижение доли теплофикационной выработки на паре производственных отборов турбин типа ПТ и паре противодавления турбин типа Р. Обусловлено это снижением паропотребления промышленными предприятиями, берущими пар непосредственно с коллекторов ТЭЦ. Причин тому несколько: снижение мощности предприятий; внедрение энергосберегающих технологий; установка собственного парогенерирующего оборудования.

Обозначенная проблема особенно актуальна для ТЭЦ, изначально спроектированных в большей мере на отпуск пара промышленным предприятиям и в меньшей степени на выработку электроэнергии по конденсационному циклу. Как показал анализ работы ТЭЦ, в сложившихся условиях основной причиной невозможности максимальной загрузки установленного генерирующего оборудования по конденсационному циклу являются ограничения, возникающие в системе циркуляционного водоснабжения (СЦВС).

9' Возникшие ограничения обусловлены многолетней эксплуатацией СЦВС без необходимости несения значительной конденсационной мощности и, как следствие, ненадлежащий надзор за ее состоянием, а также проектные ограничения, изначально не предусматривающие максимальные конденсационные нагрузки. Кроме того, в связи со снижением паропотребления обозначилась тенденция к проведению реконструкций СЦВС без всесторонней аналитической проработки возникающих в результате таких реконструкций режимов. Эффект от таких нововведений зачастую был нулевой, а в отдельных случаях даже отрицательный.

Несмотря на то, что себестоимость электроэнергии, выработанной по конденсационному циклу, в подавляющем большинстве АО-энерго превышает ее цену на ФОРЭМе, топливная составляющая в ряде энергосистем меньше цены, в связи с чем, целесообразно наращивание собственной конденсационной мощности при неизменных прочих постоянных затратах. К таким энергосистемам, в частности, относится АО «Самараэнерго», использующая в качестве основного топлива природный газ.

В связи с вышеизложенным, встает вопрос о необходимости совершенствования СЦВС ТЭЦ с градирнями с целью более полной загрузки установленного оборудования, получения дополнительной конденсационной выработки и снижении ее себестоимости.

Гидравлическое совершенство системы определяет не только ее пропускную способность, но и протекание тепловых процессов, а также эксплуатационные расходы (затраты электроэнергии на перекачку воды). Анализ работы цирксистемы должен выполняться комплексно, так как все перечисленные факторы взаимосвязаны, и не всегда влияние одного из них на эффективность работы системы можно выделить в чистом виде. Это довольно сложная задача, которая может быть решена лишь при рассмотрении системы как единой целой с учетом всех влияющих на ее работу факторов.

Для определения расходов и давлений циркводы в различных точках цирксистемы требуется решать большие системы алгебраических нелинейных уравнений. Для составления таких систем уравнений, в основе которых лежат два закона Кирхгофа, требуется специальный математический аппарат (теория графов), а для ее решения - наиболее современные программные и вычислительные средства.

Цель работы

Разработка способов повышения эффективности оборотных систем циркводоснабжения ТЭЦ с градирнями на основе их экспериментального исследования и компьютерного моделирования.

Основные задачи работы

Для достижения поставленной цели в работе ставились и решались следующие задачи.

Разрабатывались математическая и компьютерные модели циркси-стем ТЭЦ с градирнями (на примере Тольяттинской ТЭЦ) с использованием математического аппарата теории графов и двух законов Кирхгофа.

Проводились экспериментальные и теоретические исследования гидравлических и тепловых режимов СЦВС Тольяттинской ТЭЦ.

Проводились расчеты и анализ вариантов реконструкции цирксисте-мы ТоТЭЦ с целью увеличения расходных характеристик, снижения гидравлического сопротивления и повышения эффективности охлаждения циркуляционной воды.

Научная новизна

1. Предложены математическая и компьютерная модели цирксистемы ТЭЦ с градирнями, позволяющие рассчитывать гидравлические режимы с учетом разрыва потока в градирнях.

2. Получены новые экспериментальные данные, на основе которых определены факторы, влияющие на эффективность работы циркси-стем ТЭЦ и отвечающие за обеспечение нормируемого вакуума в конденсационных режимах.

3. Разработаны принципы построения режимных карт зависимости конденсационной мощности ТЭЦ от метеоусловий.

Методы исследования V

Для решения задач в диссертационной работе использовались методы математического и компьютерного моделирования, натурные испытания на ТЭС.

Достоверность результатов и выводов работы

Достоверность результатов и выводов работы обосновываются адекватностью математических моделей, использованных в диссертации, физическим процессам, протекающим в гидравлических сетях, а также применением стандартных методов исследования и корректным использованием математического аппарата при проведении необходимых расчетов.

Практическая ценность работы

Разработанная в диссертации математическая и компьютерная модель цирксистемы ТО ТЭЦ позволила выполнить многовариантные расчеты гидравлических режимов работы с учетом всех особенностей работы цирксистемы при различном составе работающего оборудования (насосы, конденсаторы, градирни). Расчеты выполнены как для цирксистемы с паспортными характеристиками оборудования ("чистая цирксистема"), так и для цирксистемы с действительными характеристиками (реальная цирксистема).

Результаты настоящей работы были использованы при построении математической и компьютерной модели цирксистемы Новокуйбышевской ТЭЦ-2, имеющей одинаковую с цирксистемой ТО ТЭЦ структуру и отличающуюся лишь составом работающего оборудования.

Принципы построения математической и компьютерной моделей гидравлических сетей были использованы на ряде объектов ОАО "Самараэнер-го". В частности, аналогичные модели были построены для цирксистемы и теплосети Новокуйбышевской ТЭЦ-1, цирксистемы ТЭЦ Волжского автомобильного завода, теплосети Самарской ТЭЦ, теплосети Самарской ГРЭС, теплосетей от Привокзальной отопительной котельной г. Самары. Для всех перечисленных объектов проведены многовариантные расчеты текущих режимов работы, а также вариантов их реконструкции.

Результаты работы могут быть использованы в проектных организациях и конструкторских бюро, где разрабатывается и проектируется оборудование цирксистем и теплосетей.

Теоретические и практические результаты могут быть использованы также в учебном процессе при подготовке студентов вузов по специальностям "Тепловые электрические станции", "Промышленная теплоэнергетика", "Энергетические системы и комплексы".

Реализация результатов работы

Представленная работа является обобщением теоретических и экспериментальных исследований, выполненных автором на кафедре "Теоретичег ские основы теплотехники и гидромеханика" Самарского государственного технического университета. Исследования проводились согласно планам единого заказ - наряда № 551/02 Минвуза России, а также по планам научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ "РАО ЕЭС" России (реестры за 2001-2002 гг., договора № 68/01, 69/02).

Научные и практические результаты работы использованы на Тольят-тинской ТЭЦ, Новокуйбышевской ТЭЦ-2,Самарской ТЭЦ, ТЭЦ ВАЗ, Самарской ГРЭС, Новокуйбышевской ТЭЦ-1, Самарских тепловых сетях, что подтверждается соответствующими актами о внедрении, приведенными в приложении диссертации.

На защиту выносятся

1. Результаты разработки математической и компьютерной модели СЦВС ТЭЦ с градирнями на примере Тольяттинской ТЭЦ.

2. Результаты экспериментальных исследований тепловых и гидравлических режимов цирксистем ТЭЦ с градирнями с разработкой выводов и рекомендаций, а также результаты идентификации компьютерной модели.

3. Результаты теоретических исследований гидравлических режимов на компьютерной модели цирксистемы, позволившие выявить основные причины недостаточно эффективной ее работы.

4. Результаты разработки различных вариантов реконструкции цирксистемы ТоТЭЦ с целью улучшения основных показателей ее работы.

Личный вклад автора

- В формулировке цели и постановке задач.

-В разработке математической и компьютерной модели цирксистем ТЭЦ с градирнями.

- В проведении экспериментальных исследований цирксистем ТЭЦ ОАО «Самараэнерго».

- В проведении идентификации компьютерной модели по результатам натурных испытаний.

- В разработке и анализе различных вариантов реконструкции циркси-стемы ТОТЭЦ.

-В разработке методики построения зависимости конденсационной мощности ТЭЦ от метеофакторов.

- В разработке метода рециркуляции воды в СЦВС с целью повышения эффективности охлаждения и уменьшения эксплуатационных затрат.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции "Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках". Тверь, ТГТУ. 2001; Международной научно-практической конференции "Современные энергосберегающие тепловые технологии" (СЭТТ-2002); Москва МГАУ. 2002; VIII Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике, Пермь. 2001; Ш Всероссийской научно-практической конференции, Иваново, ИГЭУ. 2002; Международной научно-практической конференции «Проблемы развития централизованного теплоснабжения». Самара, ОАО СМУЭК. 2004.

Публикации

По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 статьи в центральных журналах, 1 статья в Вестнике Самарского государственного технического университета. Кроме того, напечатано 5 отчетов по договорам с промышленными предприятиями города Самары.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Работа изложена на 210 страницах основного машинописного текста, содержит 44 рисунка, 99 таблиц. Список использованной литературы включает 64 наименования.

1. Разработана математическая и компьютерная модель цирксистемы ТЭЦ, основанная на математическом аппарате теории графов и линейной алгебры. В основу модели положены два уравнения, аналогичные уравнениям, применяе мым при расчете электрических сетей. Первое уравнение — уравнение баланса расходов (равенства притока и оттока воды в каждом узле). Второе - равенство нулю потерь напора при обходе каждого кольца. Используя паспортные харак теристики оборудования, была создана компьютерная модель «чистой» (иде альной) цирксистемы, имеющую максимальную производительность по коли честву циркуляционной воды.2. Выполнены экспериментальные исследования цирксистемы Тольят тинской ТЭЦ, позволившие сделать заключение о фактическом состоянии цир ксистемы. И, в частности, было показано: конденсаторы турбин не обеспечены расчетным количеством охлаждающей воды в соответствии с нормативными

3-5 ^С выше нормативных значений, что объясняется наличием отложений на поверхностях трубок; гидравлическое сопротивление конденсаторов превыша ет нормативные величины, что является следствием заноса трубных досок и отложений на трубках; все градирни недоохлаждают циркуляционную воду на З.На основе экспериментальных данных по расходам и давлениям в раз личных точках цирксистемы выполнена идентификация компьютерной моде ли. Идентификация выполнялась путем итеративного подбора сопротивлений элементов гидравлической сети с таким расчетом, чтобы результаты, получае мые на модели, в пределах заданной точности совпадали с данными экспери мента. Как показали исследования, построенная таким путем компьютерная модель реальной цирксистемы (с действительными сопротивлениями ее эле ментов) позволяет получать результаты, отличающиеся от экспериментальных данных не более, чем на 3-4%.4. Анализ режимов работы системы технического водоснабжения, выпол ненный с использованием компьютерной модели, позволил сделать вывод о том, что одной из наиболее серьезных проблем цирксистемы ТОТЭЦ является перекос по уровням в чашах градирен правой (Гр-1,2) и левой (Гр-3,4,5,6) ее половин. Разность уровней при полностью открытых задвижках составляет около 5 м. Основная причина - большое гидравлическое сопротивление гради рен 1,2 по сравнению с градирнями 3,4,5,6. С целью уменьшения перекоса по уровням воды в чашах градирен рекомендовано увеличить число сопел на гра дирнях 1,2.5. Расчеты на компьютерной модели показали, что деление цирксистемы ТОТЭЦ на две независимые подсистемы позволяет значительно увеличить расходные характеристики и улучшить положение на всасе насосов ввиду уменьшения суммарного сопротивления цирксистемы, так как отпадает не обходимость выравнивания перекосов по расходам между правой и левой подсистемами путем прикрытия соответствующих задвижек. Однако такое мероприятие возможно лишь в случае существенного увеличения числа со пел на градирнях 1,2 или установки в их районе новой градирни. В против ном случае возникают проблемы с резервом мощности градирен при выводе одной из них в ремонт.В левой половине цирксистемы (Гр-3,4,5,6) необходимо уменьшить число сопел на градирне № 6. Это мероприятие позволит поднять уровень в стояках всех градирен левой половины, что приведет к увеличению напора на всех соплах и к увеличению факела разбрызгивания. Все это позволит улучшить охладительную способность градирен и устранить вероятные переливы воды через чашу Гр- 6.6. Проведен сравнительный анализ трех наиболее характерных вариантов реконструкции цирксистемы ТоТЭЦ. При анализе во внимание принималась тепловая эффективность работы оборудования в результате реконструкции, надежность работы оборудования, затраты на проведение реконструкции.Наиболее предпочтительным оказался вариант №3, при котором частично «расшиваются» сбросные трубопроводы, но достигается максимальный теп ловой эффект. С точки зрения надежности работы оборудования в этом вари анте сохраняется резервирование как по всасывающему, так и по напорному трубопроводу. Повышенное разряжение на всасе легко устраняется путем не значительного искусственного снижения величины циркуляции

1.Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения /Н.Н.Новицкий, Е.В.Сеннова, М.Г.Сухарев и др. -Новосибирск: Наука, Сибирская издатель-екая фирма РАН. 2000.-273 с.

2. Максименко Ф.Е. Различные расчеты по курсу водопроводов.-М.: Типо-лит. Рихтер, 1910.- 102 с.

3. Меренков А.П. Дифференциация методов расчета гидравлических сетей // Журн. вычисл. математики и мат. физики.- 1973. Т.13, №5.С.1237-1248.

4. Меренков А.П. Применение ЭВМ для оптимизации разветвленных тепловых сетей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1963, №4. С.531• 538.

5. Меренков А.П и др. Применение теории и методов расчета гидравлических цепей к системам с неизотермическим течением газа // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1971, №6. С. 129-138.

6. Меренков А.П. и др. Об автоматизированных системах программ для расчета гидравлических режимов трубопроводных сетей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1973, №3. С. 126-131.

7. Меренков А.П., Сидлер В.Г. Идентификация трубопроводных систем // Фактор неопределенности при принятии решений в больших системах энергетики. -Иркутск: СЭИ СО АН СССР. 1974. С. 149-162.

8. Сухарев М.Г. Об одном методе расчета газосборных сетей на вычислительных машинах // Изв. вузов. Нефть и газ. 1965, №6. С.48-52.

9. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Оптимизация систем транспорта га-за.-М.: Недра. 1975. -278 с.

10. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р. Расчеты систем транспорта газа с помощью вычислительных машин. -М.: 1971.-206 с.

11. Сухарев М.Г., Ставровский Е.Р., Брянских В.Е. Оптимальное развитие систем газоснабжения.-М.: Недра, 1981.-294 с.

12. Хасилев В.Я. Линейные и линеаризованные преобразования схем гидравлических цепей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1964, №2. С. 231-243.Ш

13. Хасилев В.Я. Элементы теории гидравлических цепей.//Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1964, №1. С.69-88.

14. Хасилев В.Я. Элементы теории гидравлических цепей: Авторефер. дисс. д-ра техн. наук.- Новосибирск: Секция техн. Наук Объединенного ученого совета СО АН СССР, 1996.-98 с.

15. Евдокимов А.Г., Тевяшев А.Д., Дубровин В.В. Моделирование и оптимизация потокораспределения в инженерных сетях.- М.: Стройиздат.Ф 1990.-368 с.

16. Карасев Н.И. и др. Пакет прикладных программ для решения задач расчета параметров стационарного гидравлического режима систем централизованного теплоснабжения и водоснабжения промышленных центров // Управляющие системы и машины. 1982, №1. С. 113-116.

17. Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем.- Новосибирск: Наука, 1987.-221 с.

18. Сидлер В.Г. Разработка и применение методов идентификации параметров гидравлических сетей: Автореф. дис. канд. техн. наук.- Томск, 1977.-20 с.

19. Евдокимов А.Г., Тевяшев А.Д. Оперативное управление потокорас-пределением в инженерных сетях,- Харьков: Вища школа. 1980.-144 с.

20. Сумароков C.B. Математическое моделирование систем водоснабжения.- Новосибирск: Наука. 1983.-167 с.

21. Щербаков В.Н. Вопросы идентификации параметров гидравлических сетей: Дис. канд.техн.наук.- Томск, 1979.-215 с.

22. Эгильский И.С. Автоматизированные системы управления технологическими процессами подачи и распределения воды. -JL: Стройиздат. 1988.216 с.

23. Дубинский A.B., Сиперштейн Б.И., Берман Р.Я. О методе гидравлического расчета газопроводных систем // Транспорт и хранение газа.-1974. №7. С.25-30.

24. Панкратов B.C., Дубинский A.B., Сиперштейн Б.И. Информационно-вычислительные системы в диспетчерском управлении газопроводами,-Л.: «Недра», 1988.- 246 с.

25. Хаймер Ю. Оперативные методы анализа и оптимизации контроля режимов работы систем газоснабжения ГДР: Авторефер. дис.канд. техн. наук.-М.: 1979.-22 с.

26. Морев A.A., Сидлер В.Г., Новицкий H.H. Системная идентификация многониточных нефтепроводов //Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1982. №111. с. 6-7.

27. Ощепкова Т.Б. Оптимизация разветвленных и многоконтурных трубопроводных систем: Автореф. дис. канд. техн. наук.- Новосибирск: Инс-т математики СО АН СССР, 1983.-22 с.m

28. Сумароков C.B. Метод решения многоэкстремальной сетевой задачи // Экономика и мат. методы. 1976. Т.12, №5. С.1016-1018.

29. Меренкова H.H., Сеннова Е.В., Стенников В.А. Схемно-структурная ф оптимизация систем централизованного теплоснабжения // Электронное моделирование. 1982, №6. С. 76-82.

30. Некрасова O.A., Хасилев В.Я. Оптимальное дерево трубопроводной системы// Экономика и мат. методы. 1970. Т.4, №3. С. 427-432.

31. Храмов A.B. Оптимальный синтез многоконтурных систем с нагруженным резервированием: Автореф. дис.канд. техн. наук.-Новосибирск: Ин-т математики СО АН СССР. 1983.-24 с.

32. Сеннова Е.В. Оптимизация развития и реконструкции теплоснаб-ф жающих систем с учетом надежности: Автореф. дис. д-ра техн. наук.Иркутск, 1990.-50 с.

33. Сеннова Е.В., Ощепкова Т.Б., Мирошниченко В.В. Методические и практические вопросы построения надежных теплоснабжающих систем // Изв. РАН. Энергетика. 1999, №4. С. 65-75.

34. Сумароков C.B. Оптимальный синтез многоконтурных систем централизованного снабжения. Автореф. дис. д-ра техн.наук. Иркутск: СЭИ СО АН СССР. 1992.-42 с.

35. Взаимосогласование общеэнергетических и отраслевых решений насовременном этапе развития ЕСГ/В.А. Ефремов, Н.И.Илькевич, А.П. Мерен-ков и др.// Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1990, №3. С. 14-23.

36. Абрамов H.H. Теория и методика расчета систем подачи и распределения воды. Стройиздат, 1972. 286 с.

37. Картвелишвили H.A. Динамика напорных трубопроводов. -М.: Энергия. 1979.

38. Ильин. Расчет совместной работы насосов, водопроводных сетей и резервуаров. Госстройиздат УССР. Киев. 1963.

39. Прегер Е.А. Аналитические зависимости между параметрами лопастных насосов. В сб.Трудов ЛИСИ, вып.20. Изд. ЛИСИ, 1955.

40. Наладка системы технического водоснабжения ТЭЦ ВАЗ. А.Е.Исаев, С.В.Колесников, П.А.Веретенников. Отчет службы СЭНТО «Са-мараэнерго», Самара, 199.

41. Проверка режимов работы цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ. А.Е.Исаев, С.В.Колесников, П.А.Веретенников. Отчет службы СЭНТО ОАО «Самараэнерго». Самара, 1999.

42. Бурдин М.В., Семыкин Г.А. Анализ отчета ОРГРЭС «Обследование и испытание системы технического водоснабжения с пятью градирнями Тольяттинской ТЭЦ». Самара, служба СЭНТО ОАО «Самараэнерго». 1997.

43. Кудинов В.А. Коваленко А.Г., Колесников C.B., Панамарев Ю.С. Разработка компьютерной модели и исследование работы циркуляционнойсистемы Новокуйбышевской ТЭЦ-2. Изв. АН Энергетика. 2001, №6. С.118-124.

44. Колесников C.B., Дикоп В.В., Томкин C.B., Кудинов В.А. Исследование гидравлических режимов работы цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ на компьютерной модели. Изв. вузов СНГ. Энергетика. 2002, №6. С. 90-95.

45. Обследование и испытание системы технического водоснабжения с пятью градирнями Тольяттинской ТЭЦ. «Отчет по дог. №95-107-142. А.О. Фирма «ОРГРЭС». Москва. 1996. 20 с.

46. Колесников C.B., Дикоп В.В., Томкин С.Н., Кудинов В.А. Исследование гидравлических режимов работы цирксистемы Тольяттинской ТЭЦ на компьютерной модели. Энергетика, № . Минск. 2002.

47. Кудинов В.А., Коваленко А.Г., Колесников C.B., Панамарев Ю.С.Разработка компьютерной модели и исследование режимов работы циркуляционной системы Новокуйбышевской ТЭЦ-2. — Известия АН. Энергетика, №6,2001. С. 108-114.

48. Колесников C.B., Дикоп В.В., Панамарев Ю.С., Кудинов В.А. Разработка компьютерной модели системы циркводоснабжения Тольяттинской ТЭЦ. Тезисы докладов III Всероссийской научно-практической конференции. Иваново, ИГЭУ. 2002. С. 39-43.

49. Кудинов В.А., Исаев А.Е., Стефанюк С.А., Колесников C.B. Исследование теплообмена в регенеративных воздухоподогревателях. Вестник СамГТУ, Серия Технические науки. 2001. Самара. УДК 536.2. С. 158-162.

50. Коваленко А.Г., Туева Н.С. Система синтеза и анализа гидравлических сетей. Вычислительный центр АН СССР. Москва, 1989. -70 с.

51. Калатузов В.А. Повышение располагаемой мощности тепловых электростанций с градирнями. Канд. дисс., Иваново, ИГЭУ, 2003. 174 с.