Энергетическое сравнение и выбор систем центрального регулирования в существующих системах теплоснабжения

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА

Том 249 1973

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ И ВЫБОР СИСТЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Н. А. ПОПОВ

В последнее время разработав ряд новых модификаций центрального регулирования. Даны рекомендации по их выбору. Однако эти рекомендации применимы для выбора системы регулирования для' вновь проектируемых тепловых сетей, когда расчетные расходы сетевой воды, а следовательно, и диаметры трубопроводов, определяющие издержки в системе теплоснабжения, будут определяться в зависимости от принятого метода регулирования.

В существующих системах теплоснабжения, в которых диаметры трубопроводов заданы, условия выбора иные и будут зависеть от сложившихся конкретных местных условий работы системы теплоснабжения, таких как тип установленных турбин, давление пара в отборах или противодавлении, стоимость топлива и электроэнергии, климатические условия, соотношение величины тепловых нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Выбор той или иной модификации системы центрального регулирования при переоценке уже действующей может быть произведен на основе нижеприведенной методики, при составлении которой в основу были положены работы проф. Е. Я. Соколова по энергетической оценке эффективности теплофикации [1]. Этот выбор производится по минимуму суммы зависимых годовых издержек, включающих в себя расходы: на перекачку теплоносителя тепловые потери 5тп > расходы на топливо при выработке электроэнергии 5т- При одинаковом отпуске потребителям электрической и тепловой энергии экономически будет целесообразна та система центрального регулирования, при которой

5 = -[- 5ТП + гшп,

причем при определении расходов на перекачку теплоносителя 5т учитываем лишь топливную составляющую этих расходов. При сравнении вариантов указанные расходы будем определять не за год, а за отопительный сезон, считая, что условия работы системы теплоснабжения в летний период по вариантам одинаковы.

Расходы на перекачку теплоносителя

пП 3,6- Ю-61/ср'Яср-/гос-2т pvб

г ^--л--' ~— '

^н- Уут-^к.т-^эм сезон

где — расход теплоносителя в подающем коллекторе ТЭЦ .средний за отопительный сезон, млсек\

Hep — необходимый напор сетевых насосов, соответствующий средним за сезон расходам сетевой воды в подающем и

н

обратном коллекторах ТЭЦ, — ;

м*

2тЭЦ—себестоимость топлива франко-котельной ТЭЦ, п

руб мдж

ос — продолжительность отопительного сезона, г; 7]Н — к. п. д. насосной установки;

(2у.т—теплотворная способность условного топлива,

мдж

кг

С целью упрощения расчетов автором предлагается нижеследующая формула для определения Яср в сравниваемых вариантах.

яср = шп (?2П + ср») + шп у + дя;6.

Согласно этой формуле для определения Яср достаточно определить расчетные потери напора в подающем трубопроводе ДЯ^ , в подогревательной установке ТЭУ ДЯ^У и у конечного потребителя ДЯаб , только для существующей системы центрального регулирования. А затем, зная в сравниваемых вариантах средние за отопительный сезон относительные расходы теплоносителя в падающем фа и обратном трубопроводе ф0, легко найти Яср.

Значения величин находятся по формулам:

1/п v ср

Тп — Г ' о

V

ср

Vn

Vn

где Vп — суммарный расход теплоносителя в подающем коллекторе ТЭЦ при существующей системе регулирования;

QJ4 0,2 0,4

Рис. 1. График расходов сетевой воды при регулировании по отопительной нагрузке

г о

0,1* 0,2 0,4 0,3 0,8 1,0

Рис. 2. График расходов сетевой воды при регулировании по суммарной нагрузке

1ЛПР, I о —суммарные расходы теплоносителя в подающем и обратном коллекторах ТЭЦ, средние за отопительный сезон; они находятся с помощью графиков расхода теплоносителя (рис. 1, 2) и данных о продолжительном стоянии температур наружного воздуха по формуле

У1-п1+У2-п2 + ... + Уп-пп

Щ + п2 + .. . + пп

где пи п2..лп — число часов в сезоне работы системы теплоснабжения при расходах Уъ У2, ... Уп. При определении Яс потери при дросселировании не учитываются.

Расходы на тепловые потери

В существующих тепловых сетях потери тепла при его транспорте определяются тепловыми испытаниями или оцениваются тем пли иным способом.

Их стоимость определяется

5т п =

П 7ТЭЦ

ЧТП '¿Т

руб

где (2тп —тепловые потери,

Ш^ут-^кт-^эм мдж

сезон

сезон

¿\эи- — стоимость топлива франко-котельной ТЭЦ, .

т

Если при существующей системе центрального регулирования они будут равны (Зтп, то при другом способе регулирования определяются

(я-р — мдж

<3 тп= Я

ТП"

¿о /

сезон

где ^ср — температуры теплоносителя средние за сезон, при существующей и любой другой системе регулирова ния, сС.

л/4 0,2 ОА 0,6 0,8 1,0

Рис. 3. Нормальный график температур

•ср I 'ср о

0/4 0,2 НА 0,6 0,8 1,0

Рис. 4. Повышенный график температур > ^-

-ер --у

"ср — температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах сети, средние за сезон, °С. Они находят-

39

ся по графикам температур (рис. 3, 4) и данных о продолжительности стояния температур наружного воздуха по формуле:

. _ Уд|+уяа + -.-+улл оГ

-ср — - ,

Пх + Щ л-. . • +

где п2...пп— число часов работы теплопровода в отопительном сезоне при температурах теплоносителя — температура окружающей теплопровод среды, средняя за сезон, °С.

Расходы на топливо при выработке электрической энергии

При одинаковом отпуске потребителям электрической и тепловой энергии разница в расходах на топливо по вариантам будет определяться за счет разной выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Стоимость топлива по вариантам

сг р1 . 7тэц руб

от = £>тэ ¿т , -,

сезон

CII пП 7ТЭЦ , АО -7КЭС руб От — ¿>T3'¿T + , - •

сезон

В этих формулах

В\э, Втэ — расход топлива на выработку электроэнергии на тепловом потреблении, в сравниваемых вариантах, т

сезон 1

ДВкэс =Втэ—Ятэ—расходы топлива за счет выработки части электроэнергии в одном из вариантов на замещаемой

КЭС,--;

сезон

ть

руб

ZT , ZT —себестоимость топлива франко-котельная, для

ТЭЦ и КЭС,

т

Расход топлива на выработку электроэнергии на тепловом потреблении определяется

£>тэ = иг* с)

<Зу.т*'^к.с-^эм сезон

где Э — выработка электроэнергии на тепловом потреблении в

\i> ó ote

сравниваемых вариантах, --;

сезон

гл г мдж Qyi — теплотворная способность условного топлива, -,

кг

г1кт, "^эм—к. п. д. котельной станции и электромеханический турбогенератора.

Выработка электроэнергии на тепловом потреблении по вариантам

т мдж

Эт + Эр — £т (1 +CT)-QcE3o

сезон

где Эт — выработка электроэнергии на внешнем тепловом потреблю дж

лении, -;

сезон

Эр — на внутреннем тепловом потреблении (на базе регенера-

М/д^нс

тивного подогрева конденсата) -,

сезон

ет — удельная выработка электроэнергии на внешнем тепло-

мдж

вом потреблении, -;

мдж

Ст = — — относительная выработка электроэнергии на внутреннем ет

мдж

тепловом потреблении, -;

мдж

СЕЗ — количество тепла, выданного для внешнего теплового потребления из соответствующего отбора конденсатора при его работе на ухудшенный вакуум или противодавления, мдж

сезон

Величина ет для каждого потока пара

Нт * tjoi * ^эм • 4,186 • 103 мдж

ет

(rfp-ííf) лдж

где Нт — адиабатный перепад соответствующего потока пара от начального давления перед турбиной до среднего за сезон давления пара в отборах, конденсаторе и противодавлении, мдж

кг

¿^р — энтальпия пара, соответствующая среднему за сезон давлению пара в отборах, конденсаторе, противодавлении, мдж

кг

?ир — энтальпия конденсата пара в отборах, конденсаторе, про-

мдж

тиводавлении, средняя за сезон, -;

кг

^(н — относительный внутренний к. п. д. турбины.

Относительная выработка на внутреннем тепловом потреблении Ст в сравнительных технико-экономических расчетах может быть определена на основе упрощенного метода определения выработки электроэнергии на базе регенеративного подогрева конденсата по формуле

п Нр (¿пв — т

(>т == -=- '

Нт

где Ир — адиабатный перепад от начальных параметров пара до

^ мдж

давления пара в регенеративном отборе,--;

кг

ц мдж

Гцв — энтальпия питательной воды, - .

кг

Сущность этого метода состоит в том, что реальную схему регенеративного подогрева можно заменить условной схемой, состоящей из

регенеративных смешивающих подогревателей (по одному подогревателю для каждого потока конденсата). Условная схема регенеративного подогрева, в общем случае для потоков конденсата из сетевых подогревателей, конденсатора при работе его на ухудшенный вакуум будет иметь вид, показанный на рис. 5.

Рис. 5. Условная схема регенеративного подогрева конденсата на ТЭЦ

П — парогенератор; Т — турбина; ТП — теплофикационный подогреватель; РП — регенеративный подогреватель; К — кон-конденсатор со встроенным пучком

В регенеративных смешивающих подогревателях потоки конденсата нагреваются от своей начальной температуры до температуры питательной воды. Температура насыщения греющего пара в каждом из регенеративных подогревателей ¿р принимается равной

4 ¿н -Ь /пв г

где ¿н — температура конденсата соответствующего потока пара, идущего для внешнего теплового потребления, °С. Она принимается равной средней за сезон температуре насыщенного пара. Величина определяется

Д-р ¿Ш " + ¿Н2 - <22 + . • • + ¿Нл • Фп оП

¿Н ---т- ?

где ¿нь ^П2, ^ня — температуры насыщенного пара при давлениях в отборах Р], Р].... Ртп. Находятся из графиков температур сетевой

воды (рис. 3,4). Недогрев воды в подогревателях можно прини-

т

мать 4—8°С. (2Т.... (2/1 — количество тепла, отпускаемого из отборов при давлениях Р\ч Р^ ... Р1. Находятся из графиков расхода тепла по продолжительности, рис. 6.

Энтальпии пара в теплофикационных и регенеративных отборах найдутся

/ср — ¿0 — Нт * "^О- , ¿Р = ¿о — "^Р ' •

При давлениях ниже критического с достаточной для практических расчетов точностью адиабатные перепады расширения водного пара можно определить

,, А , мдж Я = аМ н,-.

кг

где А^н — разность температур насыщения пара в начале и конце процесса^адиабатного расширения, °С;

01-1№Ю6 ¿идок

$¡ = 7,4-/О6¿¿дэк (¡1*4,76-10* ВЦ = 0,368 • 10*мдЖ

8000

6000

4000

2000

Рис. 6. График расхода тепла по продолжительности

а — постоянный коэффициент, зависящий от начальных пара-

мдж , 1, ОЛ

метров пара.-; его значения смотреть в [1], стр. 20;

кг СС

М?д ж?

г0 —энтальпия пара перед турбиной,

кг

Расход топлива на замещаемой КЭС по выработке электроэнергии

№

кэ

АЭ

т

Ю3- <ЗУ.Т-^К.С-^эм

сезон

где АЭ = Эг — Эц — разница в выработке электроэнергии на тепловом

м*д 01с

потреблении в сравниваемых вариантах,-;

сезон

-/¡¿ — внутренний абсолютный к. п. д. чисто конденсационной выработки электроэнергии. При промежуточном перегреве

(¿о — ¿к) -+- А'-пп

где Нк — адиабатный парепад от параметров пара перед турбиной до

давления в конденсаторе, -;

кг

Як = Я к + Нк\

Нк, Нк — адиабатные перепады до и после промперегрева,

мдж

кг

¿к —энтальпия конденсата после конденсатора,

мдж

кг

Ск —отношение комбинированной выработки электроэнергии на внутреннем теплопотреблении к чисто конденсационной

С к

//р

Нк ('-р — ¿пв) Обозначения приведены выше.

Сравнение систем центрального регулирования показано на частном примере для условий г. Томска. Для сравнения принимаются:

а) центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке (нормальный график температур сетевой воды),

б) центральное качественное регулирование по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (повышенный график температур). Схема присоединения абонентов двухступенчатая последовательная. Величина тепловых нагрузок

О,й 0,2 0,4 0,6 0,8 1.0

Рис. 7. Часовой график расхода тепла

ствующем варианте принимается /?л

Ql

и их соотношение приведены pía рис. 7.

Средняя удельная линейная потеря давления в главной магистрали в суще-н

100 - . Коэффициент мест-

м2' м

пых гидравлических потерь а = 0,25. Начальные параметры пара на

ТЭЦ: 880 — , 535°С. м2

¿пв = 215сС, на КЭС 1275 —, 565сС, ¿пв = 230 С,

М'

н

промперегрев при 314 — , 565сС. Среднегодовое давление пара

м2

в конденсате 0,392 —

м2

"1кт = ?]кк = 0,9; ri0i j = 0,78; тг(0/к =0,8; ri3MJ ''¡эмк - 0,98; ZÍ3U = 3,81 Ä ; Z?9C = 2,01

0.95:

tn

m

В качестве замещаемой КЭС принята Беловская КЭС. При сравне нии вариантов приняты турбины с одним отопительным отбором. В результате проведенных расчетов получено: Суммарные расходы при регулировании

а) по отопительной нагрузке

- 5т + 5Тп + ¿>г — 25,5 + 122,5 + 1190 - 1338 руб ;

сезон

б) по суммарной нагрузке

5И - 5? + Я™ + 5Т - 15,2 + 138 + 1241 - 1394 .

сезон

Заключение

1. Энергетическое сравнение систем центрального регулирования для закрытой тепловой сети, проведенного для частного примера, когда доля нагрузки горячего водоснабжения составляет значительную велись

чину -ууГ = ОД показывает, что, несмотря на уменьшение расчетного

расхода воды при повышенном графике температур против расчетного расхода при нормальном графике на 24%, суммарные затраты при повышенном графике больше на 4%, чем при нормальном.

Таким образом, по полученным результатам расчетов экономически целесообразным оказался вариант центрального регулирования по отопительной нагрузке. Согласно же условиям выбора систем регули-

<3СГР

рования, приведенных в [1], стр. 26, при =0,3, рекомендуется при-

Цго

менение регулирования по суммарной нагрузке. Последнее говорит о том, что для существующих сетей, когда диаметры трубопроводов тепловой сети в сравниваемых вариантах одинаковы, рекомендации, даваемые в [1], не дают правильного решения. Поэтому выбор систем центрального регулирования в существующих системах теплоснабжения нужно производить на основе их энергетического сравнения.

2. Следует отметить, что в приведенном частном примере удельные линейные потери давления для главной магистрали при регулировании по отопительной нагрузке приняты на 25% выше максимально допустимых по нормам проектирования тепловых сетей. Однако такое повышение удельных линейных потерь давления не повело к заметному увеличению суммарных затрат, так как расходы на топливную составляющую по перекачке теплоносителя от суммарных расходов составляют всего 1—2%. Это указывает на то, что не нужно бояться увеличения скоростей теплоносителя сверх нормативных.

ЛИТЕРАТУРА

1. Е. Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети. ГЭИ, 1963.

2. Сравнительные технико-экономические показатели по добыче и транспорту топлива по районам СССР. М., «Наука», 1964.