авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности систем теплоснабжения путем замены паротурбинного оборудования тэц на газотурбинные и парогазовые установки

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Вдовенко Иван Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПУТЕМ ЗАМЕНЫ ПАРОТУРБИННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ НА ГАЗОТУРБИННЫЕ И ПАРОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

Специальность 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук Николаев Юрий Евгеньевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кудинов Анатолий Александрович кандидат технических наук, доцент Доронин Михаил Сергеевич
Ведущая организация: ОАО «ВНИПИэнергопром» (г. Москва)

Защита состоится « 22 » ноября 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корп.1, ауд. 159

С диссертацией можно ознакомиться в научно–технической библиотеке Саратовского государственного технического университета

Автореферат разослан « 20 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ларин Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В качестве важнейших задач текущего момента развития энергетики страны является надежное, качественное и экологически безопасное энергоснабжение потребителей на основе внедрения новых прогрессивных видов техники и технологий, эффективного функционирования и развития энергетической системы. Особое место в решении этих задач отводится дальнейшему совершенствованию источников и систем электро- и теплоснабжения.

Существующие системы энергоснабжения городов, базирующиеся на крупных паротурбинных ТЭЦ, постепенно деградируют в результате увеличения количества физически и морально изношенного оборудования, замедления темпов технического перевооружения станций и сетей с использованием передовых технологий, что вызывает снижение надежности энергоснабжения, приводит к увеличению затрат в ремонтное обслуживание и, как следствие, к росту тарифов на энергоносители. В сложившихся условиях необходимо находить рациональные и эффективные решения по организации энергоснабжения потребителей путем реконструкции и модернизации источников и систем энергоснабжения с использованием передовых технологий, обеспечивающих минимизацию финансовых ресурсов, повышение энергетической и экономической эффективности. В первую очередь необходима реконструкция физически изношенных ТЭЦ, построенных в 30-50-х годах прошлого века с начальными параметрами пара 3,5-9,0 МПа заменой паротурбинного оборудования на газотурбинные и парогазовые установки, а при высокой степени централизации теплоснабжения возможна передача части тепловой нагрузки на строящиеся малые ТЭЦ с газопоршневыми и газотурбинными двигателями. В связи с этим исследование эффективности различных вариантов технического перевооружения действующих ТЭЦ является актуальным.



Работа выполнена в рамках научного направления Проблемной научно-исследовательской лаборатории теплоэнергетических установок электростанций и систем энергоснабжения СГТУ в соответствии с межвузовской научно-технической программой основного научного направления развития науки и техники Российской Федерации «Топливо и энергетика», федеральной программой фундаментальных исследований по направлению «Физико-технические проблемы энергетики» (раздел «Фундаментальные проблемы энергосбережения и эффективного использования топлива».

Объектом исследования являются источники комбинированного электро- и теплоснабжения, передовые технологии их усовершенствования, обеспечивающие прирост экономической эффективности.

Целью исследования является повышение тепловой и экономической эффективности городских ТЭЦ с физически изношенным паротурбинным оборудованием путем внедрения газотурбинных и парогазовых технологий.

В соответствии с целью определены основные задачи исследования:

1. Разработка алгоритма расчета характеристик и показателей эффективности вариантов замены изношенного паротурбинного оборудования (ПТУ) ТЭЦ на газотурбинные (ГТУ) и парогазовые установки (ПГУ).

2. Оценка экономической эффективности комбинированной схемы энергоснабжения с различными источниками в условиях нового строительства по сравнению с раздельной при использовании природного газа и твердого топлива.

3. Определение экономических показателей вариантов замены ПТУ на ГТУ и ПГУ.

4. Разработка методики определения доли малых ТЭЦ по балансу выработки и потребления электрической энергии в городе.

5. Определение показателей эффективности передачи части тепловой нагрузки от районных ТЭЦ на малые ТЭЦ с газопоршневыми двигателями.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. Получены соотношения расхода топлива, электрической и тепловой мощности, массовых выбросов вредных компонентов и экономии топлива при различных вариантах замены изношенного паротурбинного оборудования городских ТЭЦ на газотурбинные и парогазовые установки.

2. Разработан алгоритм расчета характеристик и показателей эффективности реконструкции городских ТЭЦ.

3. Выполнена оценка экономической эффективности комбинированной схемы энергоснабжения потребителей при использовании на ТЭЦ газотурбинных, газопоршневых и парогазовых установок в условиях нового строительства по сравнению с раздельной и применении в последней природного газа и твердого топлива.

4. Разработана методика определения доли малых ТЭЦ по балансу выработки и потребления электрической энергии в городе.

5. Разработаны рекомендации по совершенствованию городских источников тепло- и электроснабжения.

Практическая ценность результатов работы заключается в использовании методических положений для выбора рационального варианта реконструкции городских ТЭЦ путем замены изношенного паротурбинного оборудования на газотурбинные и парогазовые установки, передачи части тепловой нагрузки городской ТЭЦ на малые ТЭЦ. Результаты исследования использованы в учебном процессе кафедры теплоэнергетики СГТУ при чтении курса «Источники и системы теплоснабжения», организации научно-исследовательской работы аспирантов и студентов, в дипломном проектировании.

Внедрение методических разработок, рекомендаций в проектную практику позволит повысить эффективность источников систем энергоснабжения, поможет выбрать наиболее эффективные направления их преобразования.

На защиту выносятся:

  • методические положения расчета эффективности технического перевооружения ТЭЦ с использованием газотурбинных и парогазовых технологий в системе энергоснабжения;
  • алгоритм расчета характеристик и показателей эффективности замены физически изношенного оборудования ТЭЦ;
  • результаты расчетно-теоретических исследований по определению эффективности комбинированной схемы энергоснабжения, вариантов замены оборудования паротурбинных ТЭЦ.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается использованием методологии системных исследований в энергетике, фундаментальных законов технической термодинамики, теплопередачи и теории надежности систем энергетики, применением широко апробированных методик расчета энергетических установок, апробацией полученных результатов и их хорошей сходимостью с подобными результатами других авторов.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета в 2007-2011 гг. (г. Саратов), конференции молодых ученых «Молодые ученые – науке и производству» (Саратов, 2007), Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (Саратов, 2008, 2009.), Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008, 2011), Третьей Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (Волжский, 2010).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9 печатных работах, из них 3 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Общий объем 133 страницы, содержит 33 рисунка и 24 таблицы. Список литературы включает 136 наименований, в том числе 16 иностранных и 6 электронных адресов сайтов Интернета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены объект, цели и задачи исследования. Сформулированы научная новизна и практическая ценность результатов работы. Указаны положения, выносимые на защиту. Перечислены конференции, где проходила апробация материалов, вошедших в диссертацию. Указано общее количество публикаций по данной работе, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также приведены структура и объем работы.

В первой главе «Основные проблемы систем теплоснабжения городов» рассмотрены выбор направления исследования, современное состояние и пути совершенствования комбинированных источников тепло- и электроснабжения, проведен анализ тепловых и электрических нагрузок, графиков потребления тепловой и электрической энергии, выполнен обзор литературы по обоснованию схем, параметров, режимов работы и оценке эффективности ТЭЦ.

Вопросы эффективного использования топливно-энергетических ресурсов для целей теплоснабжения всегда находились в центре внимания теплоэнергетиков. Значительный вклад в развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения внесли акад. Л.А. Мелентьев, проф. Е.Я. Соколов, С.Ф. Копьев, А.И. Андрющенко, Г.Б. Левенталь, Л.С. Хрилев, Р.З. Аминов, Ю.М. Хлебалин, Д.Т. Аршакян, А.М. Клер, Г.В. Ноздренко и др., трудами которых в ХХ веке создана теоретическая база для проектирования комбинированных установок и систем. Анализ выполненных работ по проблеме повышения эффективности ТЭЦ в системе энергоснабжения выявил необходимость проведения дополнительных исследований по определению эффективности вариантов реконструкции источников теплоты с изношенным паротурбинным оборудованием, оценкой их технико-экономических показателей с учетом ограничивающих условий на количество сжигаемого топлива, величины электрической мощности, вредным выбросам.

Во второй главе «Методические основы исследования эффективности источников и систем теплоснабжения» представлены показатели для определения энергетической и технико-экономической эффективности ТЭЦ с учетом режимов работы станции, надежности систем тепло- и электроснабжения, а также защиты окружающей среды. Замена изношенного паротурбинного оборудования на газотурбинные и парогазовые установки, имеющие отличные соотношения электрической и тепловой мощности, будет оказывать влияние на выработку электроэнергии и отпуск теплоты комбинированным способом. Принимая во внимание особенности функционирования действующих ТЭЦ, необходима разработка зависимостей для расчета изменения электрической и тепловой мощности, расхода топлива, массовых выбросов вредных веществ и достигаемой экономии от теплофикации. В условиях действующих ТЭЦ возможны следующие варианты:

1-, 2-, 3-

Здесь Nэ, Втэц, Qт, Qтф – электрическая мощность, суммарный расход топлива ТЭЦ, включая энергоустановку и пиковый котел, тепловая нагрузка ТЭЦ, теплофикационная мощность энергоустановки. Индексы «н» и «д» соответствуют новому и действующему (заменяемому) энергооборудованию.





В первом варианте электрическая мощность нового оборудования принимается такой же, как и выводимого из эксплуатации (действующего). Во втором варианте сохраняется одинаковым расход топлива на ТЭЦ до и после реконструкции. Третий вариант предполагает одинаковую теплофикационную тепловую мощность до и после реконструкции ТЭЦ. Во всех вариантах сохраняется одинаковый отпуск теплоты от станции.

Изменение указанных характеристик удобно проследить по сравнению с паротурбинным оборудованием ТЭЦ, которое по причине низких технико-экономических показателей (оборудование на начальные параметры пара 3,5-9,0 МПа) переведено на теплофикационное противодавление.

При замене ПТУ на ГТУ рассматривались схемы ГТУ в 1-м и 2-м вариантах без регенерации, в третьем – с целью повышения эффективности предусмотрена схема с регенеративным подогревом воздуха в неотопительный период.

Для 1 варианта:

, (6)

, (7)

где – относительная тепловая мощность – тепловой нагрузки, r – количество тепловых нагрузок.

Для 2 варианта:

, (8)

, (9)

для 3 варианта:

, (10)

, (11)

где – относительная электрическая мощность ПТУ,– электрические мощности ПТУ, ГТУ, МВт; упту, угту – удельные выработки электрической энергии на тепловом потреблении энергоустановок; – доли тепловой энергии, отпускаемые из теплофикационного отбора ПТУ, от газоводяного подогревателя (ГВП) ГТУ; – теплота сгорания условного топлива, МДж/кг; Впту, Вгту – расходы топлива в ПТУ, ГТУ, кг/с; – электрические КПД ПТУ, ГТУ; пк – КПД пикового водогрейного котла (ПК).

Полученные выражения могут быть использованы при замене ПТУ, вырабатывающих теплоту в виде пара и горячей воды, на ГТУ.

При замене ПТУ на ПГУ в 1-м и 2-м вариантах рассмотрены схемы бинарных ПГУ с одним контуром давления и противодавленческой паровой турбиной (ПТ), третий вариант предусматривает схему ПГУ двух давлений и ПТ с конденсатором.

Для 1 варианта:

, (12)

, (13)

где расход топлива в ПГУ; – электрический КПД ПГУ; – электрические мощности ПГУ, МВт; упгу, упт – удельная выработка электрической энергии на тепловом потреблении ПГУ; – доли тепловой энергии, отпускаемые из теплофикационного отбора паровой турбины ПГУ и теплофикационного экономайзера (ТЭ); g=Qтэ/Qсп отношение мощности (ТЭ) к мощности сетевого подогревателя (СП) ПГУ; – отношение электрической мощности газовой турбины к мощности паровой турбины ПГУ.

Для 2 варианта:

, (14)

, (15)

для 3 варианта:

, (16)

, (17)

где – относительная электрическая мощность ПГУ, кн – коэффициент увеличения электрической мощности ПГУ за счет конденсационной выработки энергии на паротурбинной установке.

Тепловая экономичность рассмотренных вариантов определена с помощью коэффициента эк, представляющего отношение достигаемой экономии топлива от комбинированной выработки электроэнергии и теплоты на ТЭЦ с ГТУ (ПГУ) к аналогичной экономии топлива с ПТУ. При установке ГТУ выражение примет вид:

, (18)

где кот – КПД котельной в раздельной системе энергоснабжения, – КПД тепловой электростанции (ТЭС) в раздельной схеме энергоснабжения, – КПД транспорта теплоты, – КПД транспорта электроэнергии.

Соотношения между массовыми выбросами вредных веществ были определены по уравнению

, (19)

где Vгту, Vпту, Vпк – удельные объемы продуктов сгорания в ГТУ, энергетическом котле ПТУ и ПК,; ,,– концентрации – вредного вещества в продуктах сгорания, .

Полученное выражение может быть использовано для расчета изменения массовых выбросов для любого вредного вещества.

В данном разделе разработаны алгоритмы расчета характеристик и показателей эффективности альтернативных вариантов реконструкции ТЭЦ при замене паротурбинных установок на газотурбинные и парогазовые установки. Алгоритмы предусматривают расчеты ГТУ, определение расхода топлива, электрической и тепловой мощности ГВП, котла утилизатора (КУ), ПК и паровой турбины на отдельных режимах и в годовом периоде, вычислении удельных расходов топлива на отпуск электрической и тепловой энергии, эксплуатационных и капитальных затрат, показателей экономической эффективности. Рассмотрены схемы ГТУ ТЭЦ с отпуском теплоты в горячей воде и паре, схемы ПГУ с одним и двумя контурами давлений. Принципиальные тепловые схемы ГТУ ТЭЦ и ПГУ-ТЭЦ двух давлений представлены на рис. 1, 3 с отпуском теплоты в горячей воде. Термодинамические циклы ГТУ без регенерации и цикла ПГУ показаны на рис. 2, 4. Блок – схемы алгоритмов расчета характеристик и показателей эффективности замены: ПТУ на ГТУ и ПГУ приведены на рис. 5,6.

Рис. 1. Принципиальная схема ГТУ ТЭЦ Рис. 2. Термодинамический цикл ГТУ при отпуске теплоты в горячей воде


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.