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 |

Разработка и исследование аналитической модели энергоблока пгу-450

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Обуваев Анатолий Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭНЕРГОБЛОКА ПГУ-450

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям: энергетика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва, 2011 г.

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы управления тепловыми процессами» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Аракелян Эдик Койрунович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Саркисян Рафаэль Еремович кандидат технических наук Болонов Владислав Олегович
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им.В.И.Ленина»

Защита диссертации состоится «15» декабря 2011 г. в 14 ч. 00 мин. в аудитории Б-205 на заседании диссертационного совета Д212.157.14 при Национальном исследовательском университете «МЭИ» по адресу: 111250, г.Москва, Красноказарменная ул., дом 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., дом 14, Ученый совет МЭИ.

Автореферат разослан «14 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212.157.14

к.т.н., доцент Зверьков В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ввиду того, что парогазовые установки (ПГУ) – это технология нового типа в РФ, которая малоизученна, и для которой практически отсутствует опыт эксплуатации, то современная отечественная энергетика и наука проявляют повышенный интерес к цифровому моделированию разных видов этих установок и их исследованию. Поэтому актуальным становится разработка цифровой модели энергоблока ПГУ, исследование причинно-следственных связей технологических процессов, протекающих в энергоблоке, а также исследование динамических и статических характеристик энергоблока с точки зрения регулирования частоты и мощности. Не менее важным и актуальным является исследование распределения вырабатываемых мощностей между агрегатами на разных нагрузках энергоблока и задача оптимального ведения режимов ПГУ.

Целью диссертационной работы является разработка аналитической и цифровой моделей энергоблока ПГУ, исследование и оптимизация на их основе экономических и маневренных характеристик энергоблока при его работе на частичных нагрузках.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  • разработать аналитическую (математическую) модель основного и вспомогательного оборудования энергоблока ПГУ-450Т;
  • выбрать программно-аппаратный комплекс для реализации разработанных математических моделей оборудования и, с учетом его особенностей, определить структуру цифровой модели энергоблока;
  • реализовать математические модели оборудования энергоблока ПГУ-450T в форме цифровых моделей в соответствии с выбранной структурой;
  • реализовать модели устройств автоматических систем управления технологическими процессами, управление энергоблоком без которых не представляется возможным или очень сильно затруднено;
  • исследовать на разработанной цифровой модели энергоблока:
    • изменение технологических параметров энергоблока при изменении расхода топлива и разных температурах окружающего воздуха;
    • оптимальное распределение вырабатываемых мощностей между агрегатами при работе энергоблока на частичных нагрузках;
    • КПД термодинамического цикла ПГУ и экономичности ведения режимов энергоблока с разным составом работающего оборудования.

Научная новизна работы состоит в:





  • разработке аналитической и цифровой моделей энергоблока ПГУ-450Т как единой системы с замкнутыми технологическими контурами;
  • исследовании причинно-следственных связей изменений технологических параметров энергоблока на его цифровой модели при разных режимах работы компонентов энергоблока и температурах окружающего воздуха;
  • получении статических характеристик энергоблока, позволяющих произвести расчет затрат на выработку электроэнергии, а также сравнить между собой экономичность работы энергоблока в различных режимах.

Практическая ценность работы состоит в том, что результаты работы могут быть использованы при разработке аналитических и цифровых моделей других видов ПГУ (как моноблоков, так и дубль-блоков). Разработанная цифровая модель ПГУ-450Т может быть использована как составная часть всережимных компьютерных тренажеров (в том числе и полномасштабных) для обучения оперативного персонала электростанций, а также проведения исследований технологии ПГУ. Результаты исследований режимов работы энергоблока в разных режимах работы его компонентов могут быть использованы для разработки пошаговых программ управления энергоблоком, в настройке систем автоматического регулирования, а также для решения задач оптимального управления, как компонентами энергоблока, так и энергоблоком в целом.

Результаты работы использованы при разработке компьютерного тренажера ПГУ-450Т ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго» фирмой ЗАО «Тренажеры для электростанций».

Достоверность и обоснованность результатов работы и выводов обеспечивается строгим применением математического аппарата, а также экспертной оценкой специалистов в области парогазовых установок (НП «КОНЦ ЕЭС», НОУ «ЦПК Мосэнерго», ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго»).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры АСУ ТП МЭИ в 2011г., на третьей научно-практической конференции «Тренажерные комплексы и системы» (г. Киев 2006г.), на международной научной конференции Control-2008 «Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП» (г. Москва 2008г.), на тринадцатой и четырнадцатой международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г. Москва 2007 и 2008 гг.).

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 5 работ, в том числе 1 работа в журнале рекомендуемом ВАК.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, шести приложений и библиографического списка использованной литературы. Материал диссертации изложен на 146 страницах основного машинописного текста, включает 30 рисунков и 14 таблиц, 93 наименований использованных литературных источников.

Основное содержание работы

Во введении раскрывается актуальность темы, определяются цели работы, отмечается ее новизна и практическая ценность, дается краткое содержание работы.

В первой главе сделан обзор литературы по теме диссертации. На основании обзора сформулированы задачи, которые решаются в диссертационной работе.

Во второй главе проведена классификация математических моделей, определены достоинства и недостатки трех видов моделей:

  • Модели, прямо воспроизводящие известные процессы объекта.
  • Модели, основанные на уравнениях баланса с коэффициентами, полученными из экспериментальных данных.
  • Модели, основанные на уравнениях баланса с коэффициентами, полученными из конструктивных данных.

Для разработки модели энергоблока ПГУ-450Т (прототипом которого является ПГУ-450Т ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго») выбран третий вид математической модели - модель, основанная на уравнениях баланса с коэффициентами, полученными из конструктивных данных.

Для цифровой реализации математической модели был выбран программно-аппаратный комплекс, состоящий из PC совместимого компьютера под управлением свободно распространяемой операционной системы Linux с ПК SIM-2000, разработанного ЗАО «Тренажеры для электростанций» (г. Москва).

В третьей главе приведено описание технологии выработки электроэнергии в парогазовом дубль-блоке ПГУ-450Т и технологической схемы энергоблока ПГУ-450Т ТЭЦ-21 ОАО «Мосэнерго», представлена информация об основных технологических характеристиках основного оборудования (рабочих параметрах, режимах его работы), к которому относятся:

  • две газовые турбины ГТЭ-160;
  • два вертикальных котла-утилизатора П-116 с принудительной циркуляцией;
  • паровая турбина Т-125/150-7,4 c двумя теплофикационными отборами;
  • другое общестанционное оборудование (деаэратор, конденсатор, РУ НД, БРОУ ВД, ПСГ, насосы и т.д.).

Определена структура цифровой модели энергоблока ПГУ-450Т с учетом особенностей программного комплекса SIM-2000. Модель энергоблока по функциональности разбита на две модели (рис.1): модели объекта управления и модели управляющего объекта (модель АСУТП). Каждая из этих моделей состоит из локальных подмоделей, которые, в свою очередь, состоят из моделей участков.

Разработка локальных подмоделей и их участков проводилась в редакторе «Model's Editor» ПК SIM-2000. Отладка локальных подмоделей и их сборка в единую расчетную модель произведена при помощи исполняющей системы программного комплекса.

Модель объекта управления является основной программной составляющей модели энергоблока в целом. В основу модели объекта управления положена система нелинейных уравнений, решаемая численным способом без предварительной линеаризации, в абсолютных значениях, таким образом, обеспечивается возможность использования единой модели для широкого диапазона режимов и нагрузок объекта. Критерием объединения оборудования в локальные подмодели является удобство отладки технологических участков энергоблока.

 Структурная схема цифровой модели-0

Рис.1. Структурная схема цифровой модели энергоблока ПГУ-450T

Обмен информацией между подмоделями (моделями), а также внутри локальных подмоделей для различных технологических процессов, происходит с разной частотой. Выбор частоты зависит от требуемой точности моделирования процессов, которая, в свою очередь, зависит от скорости их протекания.

Кроме вышесказанного, в этой главе определены необходимые для реализации физические законы в группах оборудования и приведен перечень включения в полную модель энергоблока ряда автоматических устройств, управление энергоблоком без которых не представляется возможным или является крайне затруднительным.

Четвертая глава посвящена разработке аналитических (математических) моделей основного и общестанционного оборудования и их реализации программными средствами:

1. Модель газотурбинной установки

Модель газотурбинной установки (ГТУ) разбита на три части, каждая из которых представляет собой отдельный элемент: модель компрессора, модель газовой турбины и модель генератора.

В модель компрессора включены участки направляющего аппарата, расходные и термодинамические участки ступеней компрессора. Расходные и термодинамические участки ступеней компрессора объединены в группы с одинаковыми массовыми расходами, то есть количество групп равно количеству точек сведения массовых балансов.

Цифровая модель газовой турбины (ГТ) разбита на 4 части:

  1. Расчет давлений за рабочими лопатками и сопловыми аппаратами (решетками ГТ) и расходов между ними:
; . (1)

В приведенных в автореферате математических выражениях использованы общепринятые в математическом моделировании технологических объектов обозначения.

  1. Расчет КПД ступеней ГТ;
  2. Термодинамический расчет решеток ГТ;
  3. Расчет мощности, вырабатываемой ГТ.

2. Модель котла-утилизатора

В нормальном режиме работы (без разрывов трубопроводов) котла-утилизатора (КУ) смешение сред теплоносителей газового тракта и пароводяного тракта не происходит. Теплообмен между газами и пароводяной средой происходит через стенки трубчатых теплообменников, поэтому модель котла-утилизатора разбита на 2 участка:

  1. Участок газового тракта;
  2. Участок пароводяного тракта.

Газовый тракт КУ рассмотрен как состоящий из следующих друг за другом участков, в которых расположены поверхности нагрева (теплообменники) пароводяного тракта.

Для сосредоточенного элемента участка газового тракта уравнение теплового баланса записываем следующим образом:

(2)

В отличие от паросиловых установок, в ПГУ в котле-утилизаторе все поверхности нагрева размещаются последовательно друг за другом, и отсутствует лучистый теплообмен, что облегчает построение модели.

Все теплообменники пароводяного тракта по ходу среды разбиты на ряд последовательных элементов, представляющих собой сосредоточенные участки пароводяного тракта одинаковой длины.

Пароводяной объем каждого элемента дополнительно разбит на 2 части.

Система уравнений теплового баланса для элементарного теплообменника выглядит следующим образом:

(3)

В состав пароводяного тракта КУ входят барабаны ВД и НД, которые представляют собой не что иное, как насыщенные баки, в которых в нижней части находится вода на линии насыщения, являясь отчасти результатом конденсации пара и образуя уровень, а в верхней – пар, как результат испарения воды. Таким образом, модель барабана разбита на 2 части (2 пространства) - паровое и водяное, взаимовлияющие друг на друга.

3. Модель паровой турбины

Процессы, происходящие в паровой турбине (ПТ), схожи по своей природе с процессами, происходящими в ГТ. Отличием и особенностью является то, что в качестве рабочей среды в ГТ выступает газ (идеальный газ), а в ПТ – пар (реальный газ).

Расходные и термодинамические характеристики рассчитываем для групп ступеней с одинаковыми массовыми расходами.

В модели ПТ выделено 6 групп ступеней (рис.2):

  1. внутренний ЦВД ПТ;
  2. от поворотной камеры ЦВД до 17 ступени ЦВД (место ввода пара НД);
  3. от 17 ступени ЦВД до выхода ЦВД (место отбора пара на ПСГ-2);
  4. от выхода ЦВД до сепаратора пара в перепускных трубах;
  5. от сепаратора пара до 22 ступени ЦНД (диафрагменного отбора пара на ПСГ-1);
  6. от 22 ступени ЦНД до выхода ЦНД.

Рис.2. Объединение ступеней ПТ в группы ступеней модели

Структурно цифровая модель ПТ разбита на 3 части:

  1. расчет давлений за группами ступеней ПТ и расходов между ними:
; . (4)
  1. термодинамический расчет групп ступеней ПТ;
  2. расчет мощности, вырабатываемой ПТ.

Кроме вышеперечисленного, в модель ПГУ-450Т включены модели деаэратора, конденсатора, РУ НД, БРОУ ВД, ПСГ и насосов. Кроме того, в общую цифровую модель энергоблока вошла модель АСУТП, в которой реализован ряд автоматических устройств, без которых эксплуатация реального блока (а, значит, и использование модели) невозможна или, по крайней мере, весьма затруднена.

Кроме того, в этой главе рассмотрены вопросы реализации в модели основных звеньев САР и ПИ-закона регулирования. В качестве примера приведена реализация на ПК SIM-2000 одноконтурной схемы регулирования на примере регулятора уровня воды в конденсаторе.

В пятой главе проведена проверка адекватности цифровой модели энергоблока законам физики; исследование работы энергоблока на модели в конденсационных режимах при разных режимах работы его компонентов (табл.1) и температурах окружающего воздуха 5оС, 15оС и 25оС; анализ изменения основных технологических параметров модели энергоблока при изменении расхода топлива и показаны причинно-следственные связи этих изменений.

Табл.1.


Режим работы ГТУ
1 2 3
Режим работы ПТ 1
  • Регулятор температуры газов за ГТУ включен с заданием 540 oC;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» включен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» включен.
  • Регулятор температуры газов за ГТУ включен с заданием 520 oC;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» включен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» включен.
  • Регулятор температуры газов за ГТУ выключен;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» включен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» включен.
2
  • Регулятор температуры газов за ГТУ включен с заданием 540 oC;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» выключен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» выключен.
  • Регулятор температуры газов за ГТУ включен с заданием 520 oC;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» выключен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» выключен.
  • Регулятор температуры газов за ГТУ выключен;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» выключен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» выключен.
3
  • Регулятор температуры газов за ГТУ включен с заданием 540 oC;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» выключен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» включен.
  • Регулятор температуры газов за ГТУ включен с заданием 520 oC;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» выключен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» включен.
  • Регулятор температуры газов за ГТУ выключен;
  • Регулятор давления пара ВД «до себя» выключен;
  • Регулятор давления пара НД «до себя» включен.


Pages:   || 2 |
 

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.