СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
OPERATING METHOD OF THERMAL POWER PLANT

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способам работы тепловой электрической станции, и может быть использовано на тепловых электрических станциях.
н
н
Известен способ работы тепловой электрической станции (патент №2174610, МПК F01K 17/02, опубл. 20.01.2007), по которому поступающую от потребителей системы теплоснабжения сетевую воду нагревают в сетевых подогревателях теплофикационных турбин и водогрейных котлах, тепловую нагрузку Q системы теплоснабжения регулируют в соответствии с температурой наружного воздуха t по графику зависимости Q=f(t). В базовой части графика осуществляют центральное качественное регулирование тепловой нагрузки путем изменения температуры сетевой воды, циркулирующей только через сетевые подогреватели, а после полной загрузки сетевых подогревателей, в пиковой части графика, осуществляется количественно-качественное регулирование тепловой нагрузки.
К недостаткам данного способа можно отнести то, что регулирование производится относительно типового потребителя и без учета нагрузки ГВС.
н
ГВС
Наиболее близким по решаемой задаче к заявляемому является способ работы тепловой электрической станции, по которому поступающую от потребителей системы теплоснабжения сетевую воду нагревают в сетевых подогревателях теплофикационных турбин. Центральное регулирование тепловой нагрузки производится по закону изменения совмещенной нагрузки от температуры наружного воздуха и нагрузки горячего водоснабжения Q=f(t, Q). (Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. - 6-е изд., перераб. - М.: Издательство МЭИ, 1999, - с.148). Данный способ предполагает изменение температурного графика в зависимости от температуры наружного воздуха с корректировкой по среднесуточной нагрузке ГВС, при этом предполагается обеспечение типового потребителя расчетным расходом теплоты.
Регулирование производится на главном щите управления. Сигналы от датчиков температур прямой и обратной сетевой воды, датчика температуры наружного воздуха и датчика нагрузки ГВС подаются на главный щит управления, где производится задание новой температуры прямой сетевой воды для обеспечения типового потребителя расчетным расходом теплоты. При этом регулирование нагрузки производится 2 раза в течение суток.
В данном способе работы потребитель рассматривается как типовой абонент без учета разновидностей характеристик зданий, внутренних источников теплоты. Регулирование температуры прямой сетевой воды производится без учета суточной неравномерности температуры наружного воздуха и нагрузки ГВС. У ряда потребителей тепловой энергии, отличных от типового, будут наблюдаться значительные перерасходы тепловой энергии.
Техническим результатом изобретения является использование оптимального температурного графика теплосети в течение суток, при использовании которого на ТЭЦ будет получена максимальная экономическая выгода.
Технический результат достигается тем, что способ работы тепловой электрической станции, при котором поступающую от потребителей системы теплоснабжения сетевую воду нагревают в сетевых подогревателях теплофикационных турбин и ведут регулирование тепловой нагрузки по закону изменения температуры прямой сетевой воды от нагрузки горячего водоснабжения и температуры наружного воздуха, отличается тем, что предварительно находят характерного потребителя, характеризующегося минимальной температурой внутреннего воздуха, для характерного потребителя задают расчетную температуру внутреннего воздуха и ведут регулирование тепловой нагрузки 6-8 раз в течение суток в зависимости от температуры внутреннего воздуха характерного потребителя.
На чертеже приведена схема регулирования тепловой нагрузки, где:
1 - датчик температуры прямой сетевой воды, 2 - датчик температуры обратной сетевой воды, 3 - датчик температуры наружного воздуха.
Выбор оптимального температурного графика производится из условия обеспечения характерного потребителя расчетным расходом теплоты в сутках. Характерным является тот потребитель, обеспечив которого расчетным расходом теплоты в сутках, все другие потребители будут обеспечены расходом теплоты больше расчетного. Нагрузка горячего водоснабжения позволяет разбить сутки на некоторые временные диапазоны и на каждом из них определить характерного абонента. Поиск характерного потребителя проводится из условия неудовлетворительной температуры внутреннего воздуха на каждом из временных диапазонов.
Поиск характерного абонента осуществляется с учетом следующих показателей:
- схемы тепловой сети;
г
x
- текущих температур горячей t и холодной t воды;
- теплофизических свойств потребителей тепловой энергии;
э
- характеристик участков тепловой сети (длина 1, диаметр трубопроводов d, коэффициентов шероховатости k и коэффициентов местных сопротивлений R;
- характеристик насосных групп;
- аккумулирующей способности зданий;
- инерционного запаздывания теплоносителя в тепловой сети.
Определение характерного потребителя производится по следующей методике. Производится расчет температуры внутреннего воздуха в зависимости от температуры прямой сетевой воды на ТЭЦ у всех потребителей, с учетом гидравлических характеристик и аккумулирующих способностей тепловых сетей и потребителей тепловой энергии. Потребитель, у которого будет наблюдаться максимальное снижение температуры внутреннего воздуха, является характерным.
Температуры внутреннего воздуха у потребителей определяются по формуле:
где:
0
3
χ - удельная отопительная характеристика зданий, кДж/мч °С;
3
V - наружный объем зданий, м;
2
F - суммарная поверхность конструкций, м;
3
ρ - плотность материала стен, кг/м;
S - толщина стен, м;
с - теплоемкость материала стен, кДж/кг °С;
в
t - температура внутреннего воздуха, °С;
в
t'' - температура внутреннего воздуха в начальный момент времени, °С;
н
t - температура наружного воздуха, °С;
рв
c - теплоемкость сетевой воды, кДж/кг °С;
в
3
ϑ - расход сетевой воды, м/ч;
τ - время, с;
2
- термическое сопротивление, м °С/кВт;
2
- термическое сопротивление, м °С/кВт;
2
- термическое сопротивление теплопроводности, м °С/кВт;
в
2
α - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности стены, кВт/м °С;
н
2
α - коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности стены, кВт/м °С;
λ - коэффициент теплопроводности, кВт/м °С;
ос
t'' - температура обратной сетевой воды у потребителя, °С;
- среднелогарифмическая температура прямой сетевой воды, °C;
пс
t'' - температуры прямой сетевой воды у потребителя, °С;
пс
t' - температура возмущения прямой сетевой воды на источнике (ТЭЦ), °С.
пс
Установившаяся температура сетевой воды у потребителя находится по формуле (2) в зависимости от температуры прямой сетевой воды на ТЭЦ t'
где: β - коэффициент местных потерь теплоты трубопровода прямой сетевой воды;
- температура прямой сетевой воды на источнике в начальный период времени до возмущения, °С;
l - длина трубопровода прямой сетевой воды, м;
ср
R - термическое сопротивление трубопровода прямой сетевой воды (среднее по всей длине), м °С/Вт;
пс
3
V - емкость труб подающей магистрали теплосети, м.
в
Значения υ находятся на основе решения системы из p уравнений.
Системы уравнений составляются из условий соблюдения закона сплошности и закона сохранения энергии, т.е. аналогов первого и второго законов Кирхгофа для всех независимых узлов и контуров, а также с учетом замыкающих уравнений связи между напорами и расходами для всех участков сети.
Исходя из известного топологического соотношения
Регулирование производится с помощью ЭВМ, которая подает сигнал на щит управления (чертеж). С датчиков температуры прямой 1 и обратной 2 сетевой воды, датчика температуры наружного воздуха 3 и заданной нагрузки горячего водоснабжения 4 подаются сигналы на ЭВМ, где после произведенного анализа данных, гидравлического и теплового расчетов, расчета определения температуры внутреннего воздуха у характерного абонента задается новое значение температуры прямой сетевой воды на главный щит управления.
Регулирование температурного графика сетевой воды относительно характерного абонента позволит обеспечить всех других потребителей теплоты расходом, равным или выше расчетного. Используя корректировку температурного графика по температуре внутреннего воздуха характерного потребителя, возможно уменьшить перетоп абонентов и, как следствие, снизить температуру прямой сетевой воды. Изменение температуры прямой сетевой воды 6-8 раз в течение суток в зависимости от нагрузки горячего водоснабжения позволит снизить рост температуры обратной сетевой воды. Данные мероприятия позволят выбрать такой температурный график, при использовании которого на ТЭЦ может быть получен значительный экономический эффект.
Способ осуществляется следующим образом.
Для регулирования температуры прямой сетевой воды необходимо определить характерного потребителя. Для этого в ЭВМ задаются характеристики тепловой сети (первоначальная температура прямой сетевой воды, расход сетевой воды, теплоемкость, плотность, коэффициент местных потерь теплоты трубопровода прямой сетевой воды, длина трубопровода прямой сетевой воды, термическое сопротивление трубопровода прямой сетевой воды (среднее по всей длине), емкость труб подающей магистрали теплосети), характеристики зданий (удельная отопительная характеристика зданий, наружный объем зданий, суммарная поверхность конструкций, плотность материала стен, толщина стен, теплоемкость материала стен, температура внутреннего воздуха, температура внутреннего воздуха в начальный момент времени, температура наружного воздуха в начальный момент времени, термические сопротивления, коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности стены, коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности стены, коэффициент теплопроводности, температура обратной сетевой воды у потребителя, температуры прямой сетевой воды у потребителя). Исходя из заданных параметров по формулам, выполнив тепловой и гидравлический расчеты по упрощенным формулам (1), (2), (4), (5) и (8), определим характерного потребителя (потребителя с минимальной температурой внутреннего воздуха).
Далее, задав этому характерному потребителю расчетную температуру внутреннего воздуха и зная температуру наружного воздуха, определяемую с помощью датчика 3, на ЭВМ по формулам (6) и (8) определим необходимую температуру прямой сетевой воды на источнике (ТЭЦ). Регулирование температуры подаваемой воды необходимо производить 6-8 раз в течение суток в зависимости от температуры наружного воздуха, которая измеряется с помощью датчика 3. Это позволит избежать перетопов абонентов в дневные часы и недотопов в вечерние и ночные часы.
Определив необходимую температуру прямой сетевой воды, с помощью ЭВМ на щит управления подается сигнал для регулирования температурного графика. Регулирование происходит за счет снижения (в случае снижении температуры прямой сетевой воды) или повышения расходов пара теплофикационных отборов турбин с помощью регулирующей диафрагмы.