Представлена ​​методика розрахунку універсальних теплоенергетичних характеристик клімату (ТЕХК). Виконано розрахунок ТЕХК для міста Воронежа. Аналізуються структура теплового навантаження району теплопостачання даного міста і вплив його кліматичних показників на коефіцієнт теплофікації ТЕЦ

Анотація наукової статті з будівництва та архітектури, автор наукової роботи - Боровков В. М., Хазиев А. С.


CALCULATION OF THE CLIMATIC HEAT-AND-POWER ENGINEERING PARAMETERS AND ANALYSIS OF THEIR INFLUENCE ON THE EXTRACTION RATIO OF CHP

Method of calculation of the all-around climatic heat-and-power engineering parameters is presented. The calculation of climatic heat-and-power engineering parameters of Voronezh city is done. A structure of heat load of heat supply region for this city and the climatic parameters 'influence on the extraction ratio of CHP are decompose


Область наук:
  • Будівництво та архітектура
  • Рік видавництва: 2010
    Журнал: Вісник Воронезького державного технічного університету
    Наукова стаття на тему 'Аналіз теплоенергетичних характеристик клімату і їх вплив на коефіцієнт теплофікації ТЕЦ'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз теплоенергетичних характеристик клімату і їх вплив на коефіцієнт теплофікації ТЕЦ»

    ?УДК 621.264

    АНАЛІЗ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КЛІМАТУ ТА ЇХ ВПЛИВ НА КОЕФІЦІЄНТ теплофікації ТЕЦ

    В.М. Боровков, А.С. Хазиев

    Представлена ​​методика розрахунку універсальних теплоенергетичних характеристик клімату (ТЕХК). Виконано розрахунок ТЕХК для міста Воронежа. Аналізуються структура теплового навантаження району теплопостачання даного міста і вплив його кліматичних показників на коефіцієнт теплофікації ТЕЦ

    Ключові слова: система теплопостачання, клімат, коефіцієнт теплофікації

    Безперервний розвиток міст, зростання потреби в теплової та електричної енергії визначає необхідність будівництва нових і модернізації старих енергоджерел, теплових мереж і центральних теплових пунктів. У великих містах це завдання на сьогоднішній день вирішується в рамках Генеральної схеми теплопостачання, в основі якої лежать дані про зростання потреб міста в теплової потужності в перспективі через 5, 10 і 15 років.

    В даний час у великих містах Росії теплозабезпечення виробничих приміщень і житлового фонду (опалення, Промвентиляція, гаряче водопостачання) організовано на традиційних засобах контролю та управління тепловими мережами, в основному від ТЕЦ, до складу яких входять водогрійні котельні, що забезпечують режими роботи за температурними графіками, видається диспетчерською службою міста. Природно, така система не забезпечує повною мірою

    належної якості регулювання

    теплоносія і оптимізації роботи теплоенергетичного обладнання.

    Вирішення питань якісних і

    кількісних показників теплопостачання і

    економічно обґрунтованих паливних режимів теплоенергетичного обладнання на

    сучасному рівні може вирішити створення автоматизованої системи управління

    теплопостачанням (АСУ ТС). На її основі ставиться завдання обліку в реальному часі енергетичних параметрів енергоджерел, співвідношення

    теплових навантажень споживання з оптимальними тепловими навантаженнями енергоджерел з урахуванням необхідної виробленням електричної енергії в розрізі дня, тижня, місяця і року. Комплексноенергетіческій підхід на стадії розробки

    перспективної схеми теплопостачання міста визначає основу для створення ефективної АСУ ТС і однією з цілей ставить розрахунок коефіцієнтів

    теплофікації (розрахункового ТЕЦ - аТ Р і розрахункового кліматичного - аТ Р К), діапазону їх

    Боровков Валерій Михайлович - СПбДПУ, д-р техн. наук, професор, тел. (812) 297-48-28 Хазиев Олександр Сергійович - СПбДПУ, аспірант, тел. (812) 315-34-92

    оптимальних величин, а також режимів роботи основного обладнання ТЕЦ. Основна відмінність даних коефіцієнтів полягає в тому, що

    АПіК > 1 -ат Р (де АПіК - частка пікового навантаження), оскільки при виборі потужності пікової водогрійної котельні (ПВК) на ТЕЦ враховується зниження теплового навантаження відборів низького тиску турбін на мережеві підігрівачі при підвищенні температури мережевої води в зворотному трубопроводі.

    У даній роботі, на прикладі отриманих кліматичних даних для г.Воронежа (середня смуга Росії) розглядається один із напрямів комплексно-енергетичного методу оцінки ефективності системи теплофікації по її співвідношенню з характеристиками комунально теплоспоживання. дані

    характеристики визначаються через

    теплоенергетичні параметри клімату, запропоновані Богдановим А.Б. [2], методика

    розрахунку і застосування яких представлена ​​в даній статті. Ключовим положенням цієї роботи є якісна різниця коефіцієнтів теплофікації з точки зору споживача теплової енергії в одному випадку, і виробленням її на ТЕЦ, що включає в своєму складі ПВК, - в іншому.

    З цих позицій розглянуті наступні характеристики:

    - КНтах - безрозмірний універсальний показник, що характеризує використання теплової енергії протягом року, умовно дорівнює кількості годин використання розрахункового максимуму навантажень опалення та ГВП в одиницях енергії 1Гкал / рік з 1 Гкал / год розрахункової теплової потужності;

    - КЕБП - кліматичний коефіцієнт ефективності використання бази та піку.

    На підставі опрацьованих статистичних даних, наданих офіційним сервером «Погода Росії», були отримані дані в табл. 1 і побудовані графіки на рис.1. Для оцінки ТЕХК був побудований універсальний інтегральний річний графік потужності і енергії в відносних одиницях.

    Для побудови даного графіка були прийняті наступні положення:

    - для середньої смуги Росії частка гарячого водопостачання (ГВП) становить 0,22 [2];

    - загальна кількість годин роботи системи ГВП на рік з урахуванням планових і аварійних відключень приймається рівним 8000;

    - для спрощення методики розрахунку температура всередині всіх приміщень в районі теплопостачання приймається рівною + 18оС;

    Для розрахунку необхідної встановленої теплової потужності енергоджерела з комунально-побутової навантаженням і витрати палива по місяцях основою є температура зовнішнього повітря і температура води у водоймі, з якого здійснюється забір води для гарячого водопостачання. На практиці органами

    планування та регулювання тарифів в

    енергетиці застосовуються спрощені розрахунки, а саме використовуються показники середньорічних температур води в холодному джерелі влітку -

    г = + 15 ° С, і взимку - гX 6 = +5 ° С, і

    середньомісячні температури зовнішнього повітря. Однак усереднені значення температур не можуть служити основою для адекватної оцінки витрат на виробництво різних видів енергії та вибору складу обладнання джерела тепла. Найбільш точними показниками є - середньомісячні температури води в холодному джерелі, і графік

    часових стоянь температур для конкретного

    кліматичного регіону (табл.1, рис.1).

    Таблиця 1

    Кількість годин (п) стояння температури зовнішнього повітря в 2009р. з періодичністю вимірювання раз в 3 години, в заданому інтервалі ± 2,5 С для Воронежа

    "^ Н, в інтервалі ± 2,5 оС | 4 ^ 'л о • -40 .. -35 -35. -30 -30 .. -25 -25 .. -20 -20 .. -15 -15. . -10 -10 .. -5 -5 .. 0 0 .. 5 5 .. 10 10 ... 15 15 .. 20 20 .. 25 25 .. 30 30 .. 35 3 4 'Л про • 45 . 40 всього годин

    0 0 0 15 42 120 300 588 1191 1584 945 1315 1334 864 384 78 0 0 8760

    Січень 0 0 0 0 18 51 102 150 273 150 0 0 0 0 0 0 0 0 744

    Лютий 0 0 0 0 0 21 102 126 261 162 0 0 0 0 0 0 0 0 672

    Березня 0 0 0 0 0 0 18 90 249 324 42 21 0 0 0 0 0 0 744

    Квітня 0 0 0 0 0 0 0 6 75 231 180 129 57 33 9 0 0 0 720

    Травня 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 126 289 197 120 3 0 0 0 744

    Червні 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 105 276 180 135 12 0 0 720

    Липень 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 66 222 258 120 66 0 0 744

    Серпня 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 15 246 276 156 51 0 0 0 744

    Вересень 0 0 0 0 0 0 0 0 0 21 66 204 252 111 66 0 0 0 720

    Жовтень 0 0 0 0 0 0 0 0 48 132 249 255 54 6 0 0 0 0 744

    Листопада 0 0 0 0 0 0 0 0 138 372 210 0 0 0 0 0 0 0 720

    Грудня 0 0 0 15 24 48 78 216 147 183 33 0 0 0 0 0 0 0 744

    -42.5-37,5-32,5-27.5-22.5-17,5-12,5 * 7,5 -2,5 2.5 7.5 12.5 17.5 22,5 27,5 32.5 37.5 42.5

    Температури зовнішньою воіуха в шперва.і * ± 2,5 ° С

    "Середнє значення по роках

    Мал. 1. Зведений графік кількостей годин стояння температури зовнішнього повітря в заданому інтервалі ± 2,5 ° С для Воронежа (вимірювання з 1999 по 2009рр.).

    Споживана теплова потужність для потреб опалення, вентиляції житлових і виробничих приміщень по суті є функцією від зовнішньої температури повітря / (гн), для потреб гарячого водопостачання - функцією від температури води в холодному джерелі / (ГХВ) і

    частки ГВС в сумарною комунально-побутової тепловим навантаженням. В цьому випадку інтегральний графік, побудований в відносних одиницях (о. Е) потужність теплоджерел може бути застосований для розрахунку ТЕХК району теплопостачання незалежно від характеристик його будівель, і системи теплопостачання в цілому. Це пояснюється тим, що врахування особливостей будівель, різного роду втрати в теплових мережах і їх прокладки, і т. Д. Враховуються при визначенні теплових навантажень будинків по існуючій на сьогоднішній день методикою [5].

    На графіку (рис.2) можна виділити 4 лінії:

    - лінія 1 побудована за значеннями кількостей годин / рік стояння температури зовнішнього повітря дорівнює гн і нижче даної (табл.1);

    - лінія 2 - відносна потужність системи гарячого водопостачання ( «базова» навантаження) як функція від середньомісячної температури води в холодному джерелі Ох.в.):

    г - г

    / (ГХВ.) = АГВ • г в- 7, (1)

    г 2.6. -гХВ.

    де АГВ - частка ГВС від загальної теплового навантаження,

    для Воронежа дорівнює 0,22. Для більш точних розрахунків даний коефіцієнт вимагає уточнення шляхом розгляду співвідношення частки ГВС і потреб на опалення і вентиляцію з урахуванням розглянутого району теплопостачання; г2.6. -температура гарячої води, яка набуває чинності розрахунку рівній + 65 ° С; г-середньорічна розрахункова температура води в холодному джерелі:

    х = і X., .- За • 24 + С. (8000 - па - 24)

    8000

    (2)

    де г х

    іхв - значення середніх температур води

    взимку і влітку, загальноприйняті для розрахунку навантажень ГВС, рівні +5 і + 15оС відповідно; п0-тривалість (сут.) періоду з середньодобовою температурою зовнішнього повітря <+ 10оС, для Воронежа становить 212 діб. [3]. гн = + 10оС приймається як температура початку і

    кінця опалювального періоду; 8000 годин -

    тривалість роботи системи ГВП;

    лінія 3 - Інтегральний річний графік сумарної теплового навантаження систем опалення, вентиляції та гарячого водопостачання як функції від температури зовнішнього повітря (гн) і середньомісячної

    температури води в холодному джерелі (ГХВ):

    і - и

    1 (ін >1 Х.В.) = (1 - АГВ) ------- р

    + а

    ГВ

    і - и

    'Р.в. х.в.

    і - и сР

    (3)

    де (1 - АГВ) - частка опалення та вентиляції в сумарною тепловою навантаженні; гв - розрахункова температура повітря всередині приміщення = + 18 ° С; грн- розрахункова температура зовнішнього повітря для проектування опалення та вентиляції, для Воронежа приймається рівною -26 ° С [3];

    - лінія 4 - Інтегральний графік сумарною тепловою вироблення енергії в відносних одиницях будується через співвідношення площі під лінією 3 (при заданій частки встановленої теплової потужності енергоджерела) до загальної площі під лінією 3.

    Мал. 2. Графік зміни теплової потужності і виробленої на базі її теплової енергії у в.о. для Воронежа

    Виходячи з визначень КНтах і КЕБП і на підставі графіка (рис. 2) отримані значення цих показників (табл. 2). Значення ТЕХК в табл. 2 були отримані для значень аТ Р К = 0,58.

    КНтах кількісно дорівнює середньорічному числу використання встановленої потужності і визначається з графіка по площі, обмеженої лінією 3 і осями координат - 81 (рис. 3).

    Аналогічним чином визначаються частки «Бази», «Полубази» і «Піка» при відповідному значенні аТ Р К. Площа 82, яка визначає навантаження перехідного періоду при + 10оС< гн <+ 15оС, в розрахунку не враховувалася.

    Значення КНтах відображає не тільки кліматичні характеристики регіону, але і забезпеченість енергоджерел теплової

    - '

    опалювального навантаження. Так при умовно прийнятому

    розрахунковому значенні tр >-26оС, KHmax буде

    знижуватися. В цьому випадку в розрізі року з'являється незабезпечена частина теплової енергії,

    кількісно дорівнює:

    AKH max = KH max (tp = -26 ° С) - KH max (tp >-26 ° С) (4)

    Частка необеспечіваемой енергоджерел теплового навантаження може бути покрита за рахунок закумулювати теплоти. У разі використання для зарядки теплових акумуляторів частини пара відборів високого тиску турбіни в провальні години графіка електричних навантажень значення річного коефіцієнта теплофікації ТЕЦ буде підвищуватися і наближатися до аТ РК .

    Таблиця 2

    Вид навантаження ТЕХК Воронеж (при аТ Р К = 0,58)

    База П ° лу- база Пік всього ° за г ° д

    Потужність необхідна споживачеві Гкал / год 0,22 0,36 0,42 1

    % 22 36 42 100

    КНтах 1579 1603 266 3449

    Частка від річного відпуску теплової енергії% 45,8 46,5 7,7 100

    Число годин використання потужності Час / рік 8000 4453 636

    Ступінь використання потужності% 91,3 50,8 7,3 39,4

    КЕБП в.о. 91,3 / 7,3 = 12,5

    За графіком (рис.2) можна визначити наступне:

    - при аТ.Р.К = 0,58 частка річного виробітку теплової енергії піковими котлами складе 7,7%. Температура зовнішнього повітря га, при якій потрібно вводити в роботу пікові потужності, дорівнює -2,5 оС. Середньорічна кількість використання встановленої теплової потужності основного енергетичного обладнання - (1579 + 1603) / 0,58 = 5486 (рис. 4);

    при

    - = 0,67 частка річного виробітку

    теплової енергії «Піка» знижується до 3%, при цьому га знижується до -7,5 ° С. Середньорічна кількість використання основний теплової потужності також знижується до 4975;

    при зниженні аТ.Р.К до 0,49, частка річного виробітку теплової енергії «Піка» підвищується до 16%, га підвищується до + 2,5оС, а число використання потужності - до 5922.

    Для практичного застосування в техніко-економічних розрахунках величина КНтах може відображати втрати теплової енергії в системі теплопостачання з комунально-побутової навантаженням у випадку будь-теплоджерелом. Виходячи зі співвідношення КНтах з фактичним відпуском теплоти, вимушене збільшення відпущеної теплової енергії з 1 Гкал / год його встановленої теплової потужності для покриття теплового навантаження ГВП та опалювально-вентиляційної, будуть розраховуватися за формулами:

    AQ? Ed = Q Q

    AQl ° d = Qc

    - KH max г

    Q

    р

    ° .в

    - KH max °

    (5)

    (6)

    де Qr ° e, Q °° e - відповідно річне вироблення теплової енергії на потреби ГВП та опалення, Гкал / рік; QPb, Qpe - відповідно розрахункова максимальне навантаження ГВП та отопітельновентіляціонная, Гкал / год; KH maxгв ,

    KH max ° в = KH max- KH maxr в - відповідно частка навантаження ГВП та опалювально-вентиляційної в KH max, год / рік;

    Дослідження часових станів зовнішніх температур в м Воронежі для різних років показали, що за формулами (4) і (5) можна приймати KH maxr в + KH max ° в = 3449 = const з

    достовірним відхиленням його річного значення ± 5%.

    Мал. 3. Визначення КНтах методом рівних

    площ

    На рис.4 лінія, що відображає число годин стояння заданої температури зовнішнього повітря, є свого роду експлуатаційної

    характеристикою. Тобто при збільшенні аТ.Р.К від 0,58 до 0,67 число годин, при якому потрібне введення пікової потужності, зменшується в 2 рази.

    Отже, частота введення пікових потужностей буде також знижуватися, що спрощує експлуатацію пікової котельні і може вплинути на

    необхідний обсяг її автоматизації в бік його скорочення.

    Для визначення діапазону оптимальних величин аТ Р К необхідно розглянути

    взаємозв'язок зміни частки встановлюється теплофикационной потужності і частки вироблюваної на базі її енергії в розрізі року для заданого кліматичного регіону. Цю залежність характеризують лінії 3 і 4 (рис.2). З графіка можна визначити, що для Воронежа при збільшенні аТ.Р.К від 0,49 до 0,58, вироблення теплової енергії збільшується на 9,5%, від 0,58 до

    0,67 - на 5,4%, від 0,67 до 0,76 - на 2,1%. Таким чином, зі збільшенням аТ Р К, ефективність від додатково встановленої теплофикационной потужності знижується по експоненційної залежності.

    Мал. 4. Графіки залежності числа годин використання полубазовой і пікової потужностей, КЕБП від кліматичного коефіцієнта теплофікації аТ Р К Одне з протиріч в застосуванні аТРК як розрахунковий коефіцієнта теплофікації при проектуванні ТЕЦ полягає в тому, що основне Теплофікаційне обладнання має кінцевий типовий ряд одиничних потужностей. При проектуванні обрана сумарна потужність теплофікаційної установки може не відповідати величині підключеної тепловим навантаженням. Так само на величину аТ.Р істотно впливає наявність технологічної

    навантаження. Виходячи з виконаних розрахунків, для району теплопостачання міста Воронежа даний діапазон оптимальних значень аТ Р К (при опалювально-побутової навантаженні) складе 0,6 ... 0,7.

    висновки:

    1. Графік споживання енергії з 1 Гкал / год

    встановленої потужності, представлений на рис.2, є універсальним показником,

    характеризує вплив ТЕХК на структуру і режими роботи теплофікаційної установки протягом року.

    2. Теплоенергетичний показник клімату

    КНтах (при прийнятому АГВ = 0,22) для Воронежа дорівнює 3449 Гкал / рік з 1 Гкал / год розрахункової потужності і є кліматичним стандартом для енергоджерел міста з зазначеним співвідношенням опалювально-вентиляційної

    навантаження і навантаження ГВП, і визначальним річне споживання тепла для будь-якого житлового будинку із заданою температурою всередині приміщення +18 оС.

    3. При оцінці техніко-економічних показників підраховані за формулами (5) і (6) значення будуть повністю характеризувати економічну ефективність роботи системи теплопостачання від джерела тепла, виражену в різниці між величиною необхідного річного споживання і величиною фактичного відпуску теплової енергії.

    література

    1. Чистовіч С.А., Харитонов В.Б.

    Автоматизовані системи теплофікації,

    теплопостачання і опалення. - СПб: АВОК Північно-Захід, 2008. -304 с.

    2. Богданов А. Б. Вплив клімату на формування

    паливозберігаючих політики в Росії. -

    Теплоенергоеффектівние технології, 2007. N »3-4.- С. 2634.

    3. СНиП 23-01-99 *. Будівельна кліматологія.-Держбуд Росії .: М .: ГУП ЦПП, 2005.- 70 з.

    4. Родичев Л.В. Ефективність транспорту теплової енергії: - СПб., 2006.- 448 с.

    5. Методика визначення потреби в паливі, електроенергії та воді при виробництві та передачі теплової енергії і теплоносіїв в системах комунального теплопостачання. М., 2003.

    Санкт-Петербурзький державний політехнічний університет CALCULATION OF THE CLIMATIC HEAT-AND-POWER ENGINEERING PARAMETERS AND ANALYSIS OF THEIR INFLUENCE ON THE EXTRACTION RATIO OF CHP V.M. Borovkov, A.S. Khaziev

    Method of calculation of the all-around climatic heat-and-power engineering parameters is presented. The calculation of climatic heat-and-power engineering parameters of Voronezh city is done. A structure of heat load of heat supply region for this city and the climatic parameters 'influence on the extraction ratio of CHP are decompose

    Key words: heat supply system, climate, extraction ratio


    Ключові слова: СИСТЕМА ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ /КЛІМАТ /КОЕФІЦІЄНТ теплофікації /HEAT SUPPLY SYSTEM /CLIMATE /EXTRACTION RATIO

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити