Системный анализ режимов работы вспомогательного оборудования теплоэлектроцентралей, оценка эффективности применения регулируемого привода

УДК 519.5620.9

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ, ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА

© 2011 г. А.А. Гаврилова

Самарский государственный Samara State

технический университет Technical University

Установлена причина роста относительной величины собственных нужд в условиях работы оборудования в нерасчетных режимах. Предложена методика оценки эффективности использования регулируемого привода на тяго-дутьевых механизмах и питательных насосах теплоэлектроцентралей. Показана эффективность применения регулируемого привода на вспомогательном оборудовании ТЭЦ.

Ключевые слова: генерирующее предприятие; эффективность; режимы; баланс; электроэнергия; тепловая энергия; собственные нужды; гидромуфта; частотно-регулируемый привод.

The reason of growth of relative value of auxiliaries in off-nominal modes is identified. There is given the estimate of efficiency of usage of variable-frequency drives with draught-blowing mechanism and offeed pumps of heat stations. The efficiency of usage of variable-frequency drives in ancillary equipment of heat stations.

Keywords: generating plant; efficiency; modes; balance; heat and power energy; auxiliaries; fluid flywheel; variable-frequency drive.

Условия переходного периода в экономике страны, структурная перестройка областного промышленного производства привели к резкому снижению потребления и производства тепловой и электрической энергии в регионе. Анализ деятельности территориальной генерирующей компании в период 1976 - 2008 гг. показывает, что в 1988 - 1993 гг. произошло сокращение суммарного производства энергии почти на 40 % [1]. Изменилась структура энергопроизводства, увеличилась неравномерность генерации в течение года, что дополнительно ухудшило эффективность работы энергосистемы

Эти причины привели к вынужденной эксплуатации энергетических объектов в нерасчетных режимах. Нарушение баланса комбинированной выработки тепловой и электрической энергий отрицательно повлияло на большинство технико-экономических показателей функционирования теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) - повысились удельные расходы топлива, расход на собственные нужды, увеличилась себестоимость энергии.

Среднегодовой расход электроэнергии на собственные нужды энергосистемы увеличился до 11,6 - 13 %, превышая расчетные показатели, соответствующие эффективной сбалансированной комбинированной генерации энергии более чем в два раза [2], что свидетельствует о крайне неэффективном использовании основного и вспомогательного оборудования.

Проведенный анализ выявил что, 70 - 80 % [3] энергии, идущей на собственные нужды, потребляют тяго-дутьевой и конденсатно-питательный комплексы, так как Самарская энергетическая система состоит только из ТЭЦ, работающих на газе.

В настоящее время производительность вспомогательных механизмов регулируется дросселированием потока с помощью поворотных механизмов - шиберов, задвижек, при практически постоянной величине потребляемой электрической энергии на их привод. Таким образом, в условиях спада производства энергии одна из причин снижения экономичности работы теплоцентрали - постоянство расходов электрической энергии на собственные нужды.

Проанализируем режимы работы вспомогательного оборудования на пониженных нагрузках для выявления причины повышения расходов электрической энергии на собственные нужды.

На рис. 1 приведены графики изменения относительных средних производительностей котельного агрегата, вентилятора и дымососа по месяцам в течение года.

0,8

0.7 0,65 0,6 0,55 0.5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 —♦— Дкпр - -а- - Дб пр —*— Дц пр

Рис. 1. Динамика средних приведенных производительностей котла (Дк пр), дымососа (Дк пр) и вентилятора (Дк пр) в течение года

Графический анализ показал, что в целом характер изменения средней производительности дымососов Дд пр и вентиляторов Дв пр соответствует изменениям средней производительности котла.

Производительность котла Дк пр уменьшается на 27 - 40 %, в то время как производительность дымососов Дд пр и вентиляторов Дв пр снижается только на 22 - 30 %. Минимум (4 %) наблюдается в январе, максимум (10 %) - в декабре, отличия составляют 4 -10 % от диапазона рассматриваемых нагрузок.

Различия между относительными величинами производительности вспомогательного оборудования и относительной производительностью котла увеличиваются при снижении его нагрузки. Это объясняется тем, что при снижении нагрузки котла возрастает коэффициент избытка воздуха в топке и присосы холодного воздуха в ней [4]. Чем ниже производительность котла, тем большее количество воздуха необходимо подавать в топку для сжигания единицы топлива и тем больше образуется продуктов сгорания при его сжигании. Таким образом, работа котла на пониженных режимах приводит к увеличению удельного расхода электрической энергии на привод вентилятора и дымососа.

Производительность вентиляторов и дымососов на ТЭЦ регулируют, создавая дополнительное сопротивление шиберами на напорной или всасывающей сторонах агрегатов, что является самым неэффективным способом.

Проанализируем причины возникновения повышенного расхода электроэнергии на привод тяго-дутьевых механизмов и эффективность применения регулируемого привода. На рис. 2 представлены относительные среднемесячные, приведенные к номинальным величины затрат электрической энергии на тяго-дутьевые механизмы при регулировании их производительности с помощью шибера ^др), гидромуфты ^гм) и частотно регулируемого привода ^чрп).

1

0,9 0.S

0Л 0,6 0.5 0.4

0,3

I-— s

— <

месяцы 1

ности вентилятора шибером на пониженных нагрузках котельного агрегата меньше, чем снижение нагрузки котла. В течение года нагрузка котла изменяется в пределах от 72 до 58 % от номинальной производительности, а количество потребляемой энергии вентилятором изменяется в пределах от 91 до 86 %. Снижение нагрузки котла практически не влияет на величину потребляемой электрической энергии вентилятором, что приводит к повышению относительной величины затрат электрической энергии на собственные нужды.

Изменение относительной величины потребляемой электрической энергии дутьевым вентилятором при регулировании его производительности гидромуфтой практически совпадает с динамикой изменения производительности котла. Это обусловлено тем, что при снижении нагрузки котла расход электрической энергии на собственные нужды снижается пропорционально, обеспечивая постоянство относительной величины собственных нужд на привод вентилятора.

Применение частотно-регулируемого привода на дутьевых вентиляторах даёт наиболее существенное снижение затрат электрической энергии на собственные нужды: от 43 до 55 %. При эксплуатации котла на пониженных нагрузках эффективность использования регулируемого привода возрастает.

Аналогичные результаты получены при анализе режимов работы дымососа на переменных нагрузках.

На рис. 3 приведены изменения относительных среднемесячных величин затрат электрической энергии на привод дымососа, при регулировании его производительности с помощью шибера, гидромуфты и частотно регулируемого привода и динамика изменения производительности котла в течение года (обозначения те же, что и на рис. 2).

0.9 0.S 0.7 0.6 0.? 0.4 0.3 0.2 0.1 о

ll\ — - ч ч *— ST -Е

b N -i

{

м ?СЯ11 Ы

1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 - * - Дк пр —в— \Удр

—А— \¥гм —в— \Учрп

Рис. 2. Динамика изменения относительных величин потребляемой энергии дутьевым вентилятором в зависимости от способа регулирования его производительности

Снижение потребляемой электроэнергии на собственные нужды при регулировании производитель-

2 3 4 5

- + - Дк пр —Ь— Wr-M

9 10 11 12 -Wflp - W'ipn

Рис. 3. Динамика изменения относительных величин потребляемой энергии дымососом в зависимости от способа регулирования его производительности

Регулирование производительности дымососа шибером на пониженных нагрузках котла приводит к повышению расхода электрической энергии в среднем на 5 %. Регулирование производительности гидро-

муфтой позволяет снизить расход электрической энергии на 10 - 15 %, а применение частотно-регулируемого привода - на 27 %. Проанализируем динамику среднемесячной производительности одного из питательных насосов. Питательный узел ТЭЦ состоит из восьми питательных насосов производительностью 500 м3/ч, работающих на общий напорный трубопровод, привод каждого насоса осуществляется электродвигателем мощностью 4 МВт.

На рис. 4 приведены графики изменения относительного значения среднемесячного количества питательной воды, подаваемого питательными насосом, и относительной величины среднемесячной производительности парового котла.

S!rd \ \ --E

\ I \ У r S

T—— f

ме СЯЦ Ы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 — ♦ — Дпэн пр —в— \Удр

—а— \Vnvi —^— \Учрп

Рис. 4. Графики изменения среднемесячной производительности питательного насоса, среднемесячной нагрузки работающих котлов, относительных величин потребляемой энергии питательным насосом при различных способах регулирования его производительности

Здесь Дпэн пр - текущая приведенная производительность питательного насоса; относительная потребляемая электрическая мощность питательного насоса при регулировании его производительности с помощью шибера: на напоре - Wдр; гидромуфты -Wгм; частотно-регулируемого привода - Wчрп.

Изменения относительной средней производительности питательного насоса идентичны изменениям паровой производительности котла. Потребление электрической энергии на привод насоса изменяется в пределах от 98 до 77 % при изменении производительности насоса от 95 до 55 %.

Применение гидромуфты и частотно регулируемого привода при работе питательных насосов на пониженных нагрузках позволяют снизить относи-

Поступила в редакцию

тельную величину потребляемой электрической энергии на 11 - 60 %. Эффективность применения регулируемых приводов тем выше, чем ниже нагрузка насоса.

При снижении производительности питательного насоса в феврале на 6 % регулируемый привод даёт экономию около 12 %, а при снижении нагрузки до 55 % в середине июня - экономия электрической энергии достигает 58 % при регулировании гидромуфтой и 62 % при применении частотно-регулируемого привода. Проведённый анализ режимов работы основного и вспомогательного оборудования позволил:

- выявить значительные отклонения режимов работы от номинальных значений;

- установить закономерность увеличения относительных затрат электрической энергии на привод тягодутьевых механизмов и питательного комплекса при работе на пониженных нагрузках;

- разработать предложения по оценке эффективности применения регулируемого привода.

Выводы

1. Установлена причина роста относительной величины собственных нужд в условиях работы оборудования в нерасчетных режимах.

2. Предложена методика оценки эффективности использования регулируемого привода на тяго-дутьевых механизмах и питательных насосах ТЭЦ.

3. Показана эффективность применения регулируемого привода на вспомогательном оборудовании теплоэлектроцентралей.

Литература

1. Салов А.Е., Гаврилова А.А. Системный анализ и моделирование деятельности энергетических генерирующих предприятий с целью оценки эффективности их функционирования в условиях становления рыночных отношений // Вестн. Саратовского гос. техн. университета. Саратов, 2008. № 1(30), вып. 1. С. 86 - 91.

2. Теплотехнический справочник: 2-е изд. перераб. / под ред. В.Н. Юренёва, П.Д. Лебедева. Т. 1. М., 1975. 744 с.

3. Артюх В.М., Литвак В.В. Потери электроэнергии в оборудовании собственных нужд электростанции // Электрические станции № 2, 2007. С. 13 - 15.

4. Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод) / под ред. Н.В.Кузнецова и др. М., 1973. С. 295.

22 апреля 2011 г.

Гаврилова Анна Александровна - канд. техн. наук, доцент, Самарский государственный технический университет. Тел. 8(846)332-42-34. E-mail: usat@samgtu.ru

Gavrilova Anna Aleksandrovna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, Samara State Technical University. Ph. 8(846)332-42-34. E-mail: usat@samgtu.ru