CC BY
8Статья поступила в редакцию 31.08.15. Ред. рег. № 2332
The article has entered in publishing office 31.08.15. Ed. reg. No. 2332
УДК 621.311.22
doi: 10.15518/isjaee.2015.17-18.019
О РАСПРЕДЕЛЕНИИ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ЭНЕРГОБЛОКАМИ С РАЗНЫМИ ВИДАМИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА
В. С. Кузеванов, М.М. Султанов
Филиал НИУ «МЭИ» в г. Волжском 404110 г. Волжский, Волгоградская обл., пр. Ленина, д. 69 Тел.: (8443) 210160, факс: (8443) 210166, e-mail: [email protected]
Заключение совета рецензентов: 03.09.15 Заключение совета экспертов: 06.09.15 Принято к публикации: 09.09.15
В работе сформулирован критерий целесообразности переброса тепловой и (или) электрической нагрузок с одного энергоблока на другой, если эти энергоблоки работают на разных видах топлива. Рассмотрена ситуация, когда стоимость топлива изменилась и (или) изменились штрафные санкции за вредные выбросы с продуктами сгорания топлива. На простых примерах продемонстрирована работоспособность алгоритма расчета экономически целесообразных изменений в распределении тепловой и электрической нагрузок между турбоагрегатами.
Ключевые слова: электрическая нагрузка, тепловая нагрузка, турбоагрегат, теплофикационный отбор, промышленный отбор, стоимость топлива, вредные выбросы.
ABOUT DISTRIBUTION OF LOADS BETWEEN POWER UNITS WITH DIFFERENT TYPES OF ORGANIC FUEL
V.S. Kuzevanov, M.M. Sultanov
Volzhsky Branch of the National Research University «Moscow Power Engineering Institute» 69 Lenin str., Volzhsky, Volgograd reg., 404110, Russia Tel.: (8443) 210160, fax: (8443) 210166, e-mail: [email protected]
Referred: 03.09.15 Expertise: 06.09.15 Accepted: 09.09.15
This paper shows the reasonableness of redistribution of heat and (or) electric loads from one power equipment to another when that equipment uses different types of fuel. The situation had been reviewed when the fuel cost and (or) the fine sanctions for emissions with combustion products had been changed. Basic examples demonstrate working capacity of calculation algorithm of economically profitable changes in redistribution of heat and electric loads between turbine equipment.
Keywords: electric load, heat load, turbine equipment, thermal-clamping selection, industrial selection, fuel cost, emissions.
Вячеслав Семенович Кузеванов Vyacheslav S. Kuzevanov
Сведения об авторе: д-р техн. наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника». Образование: МЭИ (1971).
Область научных интересов: тепловая и атомная энергетика, ресурсосбережение, моделирование технологических процессов. Публикации: 149.
Author information: Dr. Sci (Tech.), professor of Thermal Engineering and Heat Engineering Department Volzhskiy Branch of Moscow Power Engineering Institute. Education: Moscow Power Engineering Institute (1971).
Research interests: thermal and nuclear energy, resource conservation, modeling of technological processes.
Publications: 149.
Махсуд Мансурович
Султанов Maqsood M. Sultanov
Сведения об авторе: канд. техн. наук, доцент кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника». Образование: ВФ МЭИ (2001).
Область научных интересов: исследование и оптимизация режимов работы ТЭС. Публикации: 27.
Author information: Ph.D., associate professor of the department "Heat and power engineering and thermal engineering" of the Volzhsky Branch of MPEI.
Education: Volzhsky Branch of Moscow Power Engineering Institute (2001). Research interests: the study and optimization of thermal power plant operation. Publications: 27.
Рассмотрим задачу об алгоритме принятия решения о перебросе электрической и (или) тепловой мощности с одного генерирующего объекта (индекс «1») на другой (индекс «2»). Эти два объекта различаются между собой видом топлива, используемого в котлах, и (или) совершенством очистных устройств по тракту дымовых газов (продуктов сгорания топлива), уровнем эффективности турбогенераторов (выработанным ресурсом). Предполагается, что такое перераспределение нагрузок возможно вследствие неполной загрузки объектов генерации электрической и тепловой энергии.
Такой вопрос - вопрос о целесообразности перераспределения нагрузок - неизбежно возникает при изменении стоимости конкретного вида топлива, замене топлива на резервное и (или) увеличении штрафных санкций вследствие негативного воздействия на окружающую среду при выбросах продуктов сгорания топлива.
Для наглядности предлагаемого алгоритма рассмотрим вариант, когда генерирующие объекты «1» и «2» являются моноблоками или имеют только по одному турбогенератору для оперативного приема или сброса нагрузки.
Обозначим 5 - стоимость энергетической единицы топлива, руб/(МВт-ч), а В - эквивалентный расход топлива: В = ВQт.с, МВт, где В - расход топлива, т/ч или м3/ч; Qт.с - удельная теплота сгорания топлива, МВт-ч/т или МВт-ч/м3.
Обозначим Ь - удельные выплаты за негативное воздействие на окружающую среду, руб/(МВт-ч), фиксируемые для источника выброса вредных веществ индивидуально.
Тогда общие затраты генерирующих объектов «1» и «2» в единицу времени на топливо и штрафные выплаты
= AC s, + b,) + B2( s2 + ft2).
(1)
Пусть объекты функционируют в приемлемом варианте исходного распределения нагрузок: электрической Ыэ = Жэ1 + Ыэ,2 и тепловой Qт = Qт,1 + Qт,2.
Пусть параметры s,, Ь,, s2, Ь2 изменились - все или часть из них, причем по объекту «2» (s2 и/или Ь2) - обязательно. Будем считать приоритетом значение £общ. Тогда при изменении (увеличении) s,, Ь,, s2, b2 необходимо менять В, и B2 так, чтобы было выполнено условие сохранения или уменьшения £общ.
То есть
Д^общ = В,Ду, + Y,AB + в2Ду2 + Y2AB2 < 0, (2) где у = s + Ь.
Если в исходном состоянии у,/у2 = к, а в момент принятия решения Ду,/Ду2 = m, то (2) может быть записано так:
—Д^о6щ = кДВ, + ДВ2 + (B,m + В2)< 0 . (3)
Y2 Y2
Воспользуемся данными работы [1], где показано, что расход топлива, отнесенный к конкретному турбоагрегату, можно представить как
где
В = a+pN, + хбт
а = Вном - с (N™ /fjном + Q™);
ß = С/ fj;
Х = с
(4)
(5)
причем с - константа, определяемая по трем режимам работы турбоагрегата - номинальному (индекс «ном»), произвольному (базовому) и конденсационному, полученному при переходе с базового режима.
Из (4), с учетом (5) для а, в и %, получаем
ДВ = Ыэ С А (1/ П) + с (1/ П) АЖэ + сДQT = = с {{ А(1/ л ) + (1/ л )АМэ + АQт}.
И, переходя к общей записи (3), будем иметь:
- G -
'Ал
Ж
Í
-ASo64 = Y 2
= kcl {{А(1/ñ,) + (1/Л,) А^эД + Aßu } + + C2 {{А (1/П2 ) + ((П2 ) а^э,2 + aQt,2 } + + (т + B2)
Ä < 0.
y2
(6)
Будем считать, что потребности внешних объектов в электрической и тепловой энергии не изменяются. Тогда ДМэД = -ДМэ,2 и ДQт,1 = -ДQт,2.
1
Y 2
—=
= kci {-ЫаЛ Aíi2 + (Vñi) AN3,i + AQt,i} + +C2 { -N)2 -(1/ñ2)AN3,i -AQT,i} + + (B1m + B2)
))Y2 < o.
y2
(7)
Л = По Ё
К В
(8)
j=i
i - V YTj.
Y
поправоч-
конденсационного; к,. =■ ,
' 1 - TJT0
ный коэффициент; n - число отборов пара.
Будем считать, что при перебросе нагрузки начальные параметры острого пара и давления в конденсаторах турбоагрегатов не изменяются. Тогда к = const и
АЛ =По Ёк j Ае j
(9)
j=i
kc1
Л i
X (к j Ав j )i
- N
j=i
£|к.е
-+AN3,i+iñ iAQT,i
j=i
j j h
Х(к j Ae jj2 {(,,1 -N3 )j=2 j j 2 -AN3,i -fj2AQt,i
X (.e
j=i
j j/2
+ (Bm + B2 < 0.
Y 2
(10)
Согласно данным работы [1], коэффициент л характеризует специфику проточной части турбоагрегата, степень участия разных отборов в обеспечении отпуска тепла и параметры точек отбора, отражая относительную эффективность отпуска потребителям тепла по сравнению с отпуском электроэнергии. Этот коэффициент изменяется, если меняется долевое участие е . = Qj/Qт любого отбора . в общем
отпуске тепла Qт потребителям, а также если меняются начальные и (или) конечные параметры рабочего цикла.
Запишем л в модельном представлении [1]:
Заметим, что (10) можно назвать критерием целесообразности перераспределения нагрузки.
Таким образом, алгоритмом принятия решения будет расчет уровней перераспределяемых тепловой и электрической мощностей с выполнением критерия (10).
Продемонстрируем работоспособность предлагаемого алгоритма на простейших примерах.
Пусть турбоагрегат «1» и турбоагрегат «2» имеют только один отбор пара внешнему потребителю -промышленный или теплофикационный. Тогда п = = п2 = 1, е, = 1 и Ае, = 0.
Для таких объектов (10) выглядит так:
^ (ДМэд + Л ^тд ) (ДМэд + -2 ДQт,1 ) +
Л ^ ' '' -л ^ ' '
- С -Ж
=
+ (B1m + B2 < 0.
Y 2
(11)
Рассмотрим вариант, при котором Ду, = 0 и анализируется целесообразность перераспределения только тепловой энергии. При этом из (11) следует
где л0 - константа, определяемая по параметрам двух режимов работы турбоагрегата - базового и
aQt,1 > b,
ay 2
1
Y 2 с2 -Кс1
(12)
Рассмотрим другой вариант, при котором Ду, = 0, но анализируется целесообразность перераспределения только электрической энергии. При этом из (11) следует
an,,1 > B2
ay 2
1
Y 2 cji\ 2 -к q/fj 1
(13)
В итоге, подставляя (9) в (7), будем иметь условие целесообразности каких-либо перебросов электрической и (или) тепловой нагрузок в случае изменения цен на определенный вид топлива или ужесточения штрафных санкций на выброс вредных веществ в окружающую среду, а также при переходе отдельных энергоблоков на другой вид топлива:
Элементарный анализ (12) и (13) позволяет сделать предварительный вывод о том, что условие целесообразности переброса тепловой нагрузки на турбоагрегат «1» отличается от условия переброса электрической энергии на тот же турбоагрегат:
- по тепловой энергии должно выполняться неравенство с2 > кс1 при Ду2 > 0 и с2 < кс1 при Ду2 < 0;
- по электрической энергии должно выполняться неравенство с2/- 2 >к с^/л 1 при Ду2 > 0 и с2/п2 < к^/л 1 при Ду2 < 0.
Í
c
2
+
2
Естественно, что если с2 < КС1 (Ду2 > 0) и (или) с2/П2 <к с1/П1 (Ду2 > 0), то следует рассматривать вариант перераспределения тепловой энергии и (или) электрической энергии с передачей нагрузки на турбоагрегат «2».
При анализе целесообразности переброса нагрузок к условиям вида (12), (13) необходимо добавить дополнительные эксплуатационные требования:
Nr - >AN^l >-ЖэД; Q™ - Q.1 >Aßr,l >-Qтд; N.2 > >-(N^ -МзЛ);
Q^ > AQ^l >-(Q™ -Q,2)
(l4)
Полученное выше позволяет качественно отобразить области целесообразного и технически возможного перераспределения нагрузки, построенные по соотношениям (12)-(14), в графической форме (рис. 1 и 2).
На рис. 1 и 2 линии Z = const соответствуют любой сравниваемой паре однотипных турбоагрегатов (К, Т, ПТ), различающихся хотя бы одним значимым параметром: видом топлива, номинальной мощностью, давлением и температурой пара, глубиной вакуума в конденсаторе и т. п.
Поясним, что отражают рис. 1 и 2 и обозначенные на них области I и II.
Рис. 1. Лучевая диаграмма перераспределения тепловой нагрузки С = с2 - кс-ь ZT > Z2 > ZT Fig. 1. Ray-type diagram of redistribution of heat load
ZT = C2 - кс-; ZT >Z2 >Z3
Во-первых, если расчет правой части (12) или (13) дает А0т1 > 0 или А^э1 > 0, то следует догружать именно турбоагрегат «1». При А0т1 < 0 должен быть переброс тепловой нагрузки, а при А¥эд < 0 -электрической нагрузки на турбоагрегат «2».
Во-вторых, если значения правых частей соотношений (12) и (13) соответствуют точкам а, рис. 1 и рис. 2 (области I и II), то рекомендуемое (12) и (13) перераспределение нагрузок будет экономически выгодным.
Рис. 2. Лучевая диаграмма перераспределения электрической нагрузки Ç5 = с2/rj2 -кc1/f[1 , Z1 >Z2 >Z3 Fig. 2. Ray-type diagram of redistribution of the electrical load
Z = с2/л2-кci/"ni, Ç >Z2 >5
В-третьих, если значения правых частей (12) и (13) соответствуют точкам b, рис. 1 и рис. 2 (вне областей I и II), то рекомендуемое (12) и (13) перераспределение нагрузок целесообразно только как технологическое переключение для минимизации экономических потерь.
Таким образом, область I является областью экономически целесообразного нагружения турбоагрегата «1» с разгрузкой турбоагрегата «2», а область II - экономически целесообразного нагружения турбоагрегата «2».
Рассмотрим еще один простой вариант возможного переброса нагрузок - теперь при наличии двух энергоблоков с турбоагрегатами типа ПТ, различающихся видом топлива. Решим задачу о целесообразности перераспределения промышленной и теплофикационной нагрузок при условии: gx = Qx,i + + Qt,2 = const; N3 = N31 + N3,2 = const; Qt1 = const; ЫэЛ = const; Q? = const; Q"1"™ = const, где индексы «тф» и «пром» относятся к теплофикационному и промышленному отборам пара соответственно.
Будем считать, что исходный вариант эксплуатационных режимов работы турбоагрегатов «1» и «2» вполне «устраивал» как потребителя, так и генерацию. Изменились ценовые условия по топливу энергоблока «2»: Ду2 Ф 0.
Соотношение (10) при учете оговоренных условий будет выглядеть так:
кс. (кпромД£пром + ктфД£тф ). -_г1 ^-- -
e + к , e , )
пром пром тф тф l
с2 N (кпромЛепром + ктфЛетф )2 B Ay2 <Q
- — N 2~.-г- + B2-<Q
П2 ' (к Ae + к .Ae . ) Y2
12 \ пром пром тф тф /2
или
í
а
Ae + тф,' Ae
"^промД T k тф,1
пром,1
V
где
A í k
^пром^ + -jf^- AeтФ,2 ^ пром,2
+ d
+B ^ < 0
kcj
N.,1 k
пром,1
d=-
П1 (,промепром + kтфeтф )1
c2 ^э,2,пром,2
П 2 (ромВпром + ,тфВтф )2
Примем во внимание, что Ae^ = -(Q^/Q^ )Aeтф,1
^ и Aeпром,2 =-(Qтд/Qт,2 )Ae
пром,1
Получаем простое неравенство для анализа:
Ay
PAeпром,1 + qa^,1 > B2—,
Y 2
(15)
где р и q - параметры, зависящие от индивидуальных характеристик турбоагрегатов и их исходных (перед переключениями нагрузок) рабочих режимов;
P = d(&дМ,2)-а ; q = d-
тф,2
Qт,l
тф,1
Q к
"пром,2 ^т,2 пром,1
И, окончательно, для оценки целесообразности одновременного переброса теплофикационной нагрузки и промышленной нагрузки, то есть переключения двух отборов каждого турбоагрегата, имеем:
Ae . >
пром,1
B2 Ay 2 p - q y 2
(16)
Для иллюстрации (16), как и ранее (рис. 1, рис. 2), можно построить лучевую диаграмму перераспределения тепловой нагрузки. В качестве примера на рис. 3 представлена такая диаграмма для оценки целесообразности переброса промышленной и теплофикационной нагрузки с турбоагрегата «1» и наоборот.
Рис. 3. Лучевая диаграмма одновременного перераспределения промышленной и теплофикационной нагрузок Z = p - q; Zi > Z2 > Zs Fig. 3. Ray-type diagram simultaneous redistribution of industrial and district heating loads Z = p - q; Z1 > Ç2 > Ç3
Так же, как и на рис. 1 и 2, на рис. 3 прямая Z = const соответствует любой сравниваемой паре турбоагрегатов типа ПТ, различающихся хотя бы одним значимым параметром.
Расчетные точки а соответствуют экономически выгодному варианту; точки b - возможному режиму уменьшения экономических потерь. При этом, если расчетная точка а (b) находится в первом или втором квадранте (Аепром1 > 0), то турбоагрегат «1» следует нагружать по промышленному потребителю и уменьшать его теплофикационную нагрузку.
Если расчетная точка а (b) находится в третьем или четвертом квадранте (Аепром,1 < 0), то турбоагрегат «1» передает промышленную нагрузку турбоагрегату «2» и принимает от него теплофикационную нагрузку.
В заключение отметим, что реальные оценки эффективности перераспределения нагрузки гораздо сложнее, чем в приведенных примерах. Однако любой анализ мы можем провести по базовому соотношению - критерию целесообразности (10). При этом все определяющие параметры либо являются исходными данными задачи, либо легко рассчитываются по характеристикам трех режимов каждого турбоагрегата [2], взятым по архивным данным работы энергоблоков (режимным картам).
2
Список литературы
1. Кузеванов В.С., Султанов М.М. К вопросу об эффективности планирования режимов работы оборудования ТЭЦ // Вестник Воронежского гос. технического университета. 2009. Т. 5, № 11. С. 115-119.
2. Султанов М.М., Кузеванов В.С. Разработка и апробация метода оптимизации режимов работы энергетического оборудования ТЭЦ // Энергосбережение и водопод-готовка. 2009. № 12. С. 24-28.
References
1. Kuzevanov V.S., Sultanov M.M. K voprosu ob èffektivnosti planirovaniâ rezimov raboty oborudovaniâ TEC // Vestnik Voronezskogo gos. tehniceskogo universiteta. 2009. T. 5, № 11. S. 115-119.
2. Sultanov M.M., Kuzevanov V.S. Razrabotka i aprobaciâ metoda optimizacii rezimov raboty ènergeticeskogo oborudo-vaniâ TEC // Energosberezenie i vodopodgotovka. 2009. № 12. S. 24-28.
Транслитерация по ISO 9:1995
