Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2011
    Журнал: Проблеми регіональної енергетики
    Наукова стаття на тему 'Аналіз впливу параметрів регулювання теплофікаційних енергоблоків на витрату палива'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз впливу параметрів регулювання теплофікаційних енергоблоків на витрату палива»

    ?АНАЛІЗ ВПЛИВУ ПАРАМЕТРІВ РЕГУЛЮВАННЯ теплофікаційних ЕНЕРГОБЛОКІВ НА ВИТРАТИ

    ПАЛИВА

    Щінніков П. А., Дворцевой А. І. Новосибірський державний технічний університет (НГТУ)

    Анотація. У статті представлений аналіз впливу параметрів стану процесу регулювання на перевитрату палива енергоблоків. Наведено результати розрахунків перевитрат палива при відхиленні температури і тиску свіжої пари від номінальних значень. Результати розрахунків зіставлені з експериментальними даними.

    Ключові слова: теплофікаційний енергоблок, регулювання, витрата палива.

    ANALIZA INFLUENJEI PARAMETRILOR DE REGLARE A GRUPURILOR ENERGETICI DE TERMIFICARE ASUPRA DEBITUL DE COMBUSTIBIL §crnnicov P. А., Dvorjevoi А. I.

    Universitatea Tehnica de Stat din Novosibirsc (NGTU)

    Rezumat. in articol este prezentata analiza influentei parametrilor de stare a procesului de reglare asupra consum excesiv de combustibil al grupurilor energetici. Sunt prezentate rezultatele calculelor consumurilor excesivi de combustibil in procesul de devieire a temperaturii §i presiunii a aburului de lucru de la valori nominale. Rezultatele de calcul sunt comparate cu datele experimentale.

    Cuvinte cheie: grup energetic de termificare, dirijare, debit de combustibil.

    ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF PARAMETERS OF CONTROL OF HEATING POWER GENERATING UNITS ON FUEL CONSUMPTION Shchinnikov P.A., Dvortsevoi А. I.

    Novosibirsk State Technical University (NSTU)

    Abstract. It is presented analysis of the influence of parameters of state of the process of control on the increase of the fuel consumption of heat power generating units. There are presented results of calculations of the increase of the fuel consumption at the deviation of the working steam temperature and pressure from rated values. Result of calculus is compared with the experiment.

    Keywords: heating power generating unit, control, fuel consumption.

    Одним з напрямків розвитку сучасної енергетики є автоматизація теплових процесів. В рамках цього напрямку забезпечується оснащення енергоблоків ТЕС автоматичними системами, які в кінцевому підсумку здатні забезпечити зниження витрати палива.

    Робота автоматичних систем пов'язана із забезпеченням оптимальних значень термодинамічних параметрів, так як фактично будь-яке відхилення параметра від оптимального значення х0 означає роботу з перевитратою палива. Згідно з нормативними вимогами [1], при регулюванні температури і тиску пари за котлом автоматичними системами управління для стаціонарних режимів навантаження енергоблоку максимальне відхилення тиску Р0 становить ± 1%, а температури свіжої пари t0 - ± 5 0C. Власне, процес регулювання ведеться по кожному що впливає параметру і носить коливальний характер. Якість регулювання визначається за ступенем колебательности, часу регулювання і інтегральному квадратичним критерієм. Сукупність цих величин характеризує досконалість системи, що забезпечує повернення параметра до номіналу, а в кінцевому рахунку величину перевитрати палива. У той же час на досконалість системи регулювання впливають, закладені в неї закони регулювання і технічне виконання.

    Питомі витрати умовного палива (кг у.п. / кВт.год), на виробництво (відпустка) продукції теплофікаційних енергоблоком визначається як:

    0,123 7 0,123, 1Л

    Ьт = ------; К = -------, (1)

    де ь - ККД з відпуску теплоти, ь - ККД з відпуску електроенергії.

    При відхиленні на Ах від нормативного значення параметра х (наприклад, початкових параметрів витрати, температури пара промперегрева і т.п.) перевитрата умовного палива можна визначити як [2]:

    аЬт = 2 -Ь Ах «; АЬN = 2

    п 1&п) п

    (

    дк

    \

    N

    кдхп)

    Ах

    (2)

    де АЬТ, АЬК - питома перевитрата палива на відпуск теплоти і електроенергії, п - вид відхиляється параметра, 2 - відображає сукупність всіх параметрів регулювання.

    Інтегральна оцінка перевитрати палива за час ^ рег для перехідних процесів при одночасному відхиленні регульованих параметрів визначається за виразом:

    ^ Рег ^ рег

    2абм * | АБМ т; 2 авт - {щ т, (3)

    0 0

    де АБТ, Абд, - сумарний перевитрата палива при відпустці теплоти і електроенергії за час ліквідації відхилення регульованого параметра.

    Сумарний перевитрата палива по енергоблоку за час регулювання визначається як

    АБ = АБТ + АБ ". (4)

    і у відносних одиницях

    5Б = -100%; 5БИ = АБ ± -100%; 5 Б = АБТ 100%, (5)

    ту ^ Про ТУ 5

    Б БЖ БТ

    де В - витрата палива при роботі енергоблоку без відхилення параметрів від оптимальних значень, 5БТ, 5БК - відносна питома перевитрата палива при

    виробництві теплової й електричної енергії відповідно.

    За представленою методикою проведено аналіз впливу відхилення температури і тиску пари за котлом на перевитрату палива теплофікаційними енергоблоками на базі турбіни Т-100, рис. 1. Відхилення впливає параметра допускалося до 5% від номінального значення.

    АЬт, А'у, 0.65 кг у.п. / с 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.35

    Рис.1. Перевитрата палива на відпуск теплової та електричної енергії при відхиленні тиску пара за котлом Дйт (Ро), Д'^ (Р0) і спільному відхиленні температури і тиску пари за котлом Д'^ Р ^ t0), Д'^ (Р0, t0) від номінальних значень для енергоблоку на базі турбіни Т-100.

    Розрахунки проведені з використанням обчислювального комплексу [3] показують (рис. 1), що найбільш значущим є відхилення тиску пари за котлом Р0, так як більший внесок в перевитрата палива вносить саме цей параметр. Внесок відхилення температури пара за котлом (Про менш помітний.

    Абсолютний перевитрата палива (за час регулювання) для теплофікаційних енергоблоків може становити 0,3-0,65 кг у.п. / с на виробництво теплоти і 0,3-0,6 кг у.п. / с на виробництво електроенергії в залежності від навантаження, при цьому максимальний відпустку теплоти характеризується мінімальним перевитратою палива.

    При цьому перевитрата палива тим більше, чим нижче теплове навантаження на агрегаті і залежність ця близька до прямо пропорційної. При зниженні навантаження в два рази - в 1,7-2 рази збільшується перевитрата палива, рис. 1.

    Подібна картина спостерігається і при зниженні електричного навантаження (при несенні навантаження гарячого водопостачання) у різних енергоблоків (Т-25, Т-50, Т-100, Т-180, Т-250), рис. 2.

    6? Т, бьи% 6-00

    5.00

    4.00

    3.00

    2.00

    1.00

    40 50 60 70 80 90 100 Д%

    Мал. 2. Відносний перевитрата палива для теплофікаційних турбін при зниженні навантаження.

    З графіків (рис. 1, рис. 2) видно що: по-перше, в досить великому діапазоні зниження навантаження турбіни спостерігається постійний перевитрата палива в районі 2 ... 2,5% з відпуску електроенергії (5'^) при відхиленні регульованого параметра , в той же час на малих навантаженнях (~ 40% від номіналу) відбувається зростання перевитрати палива до 3,5%. Треба відзначити, що навантаження ~ 40% від номіналу

    50 75 100 в,%

    здатні нести лише котли, що працюють на газі. Для вугільних енергоблоків зниження навантаження більш, ніж на 30% часто виявляється проблематичним в силу експлуатаційних характеристик котлів і властивостей власне вугілля; по-друге, перевитрата палива на виробництво теплоти постійно зростає при розвантаженні турбіни; по-третє, найбільш вигідний режим роботи теплофікаційних турбін в області 85 ... 100%. З цього аналізу можна бачити, що при зниженні електричного навантаження більш ніж на 15% необхідно особливу увагу приділяти якості регулювання параметрів. Це означає, що в умовах роботи обладнання на таких режимах потрібно застосування найбільш досконалих законів регулювання, отже, найбільш сучасних технічних засобів автоматизації.

    На рис.3. представлена ​​відносна економія палива з використанням ПІ і ПІД закону регулювання щодо ручного регулювання.

    6Д% 90

    80

    70

    60

    50

    40

    30

    0 25 50 100 150 200 250

    Ny, МВт

    Мал. 3. Відносна економія палива в умовах застосування різних законів регулювання в порівнянні з ручним керуванням для теплофікаційних енергоблоків.

    Можна бачити, що застосування ПІД-закону регулювання забезпечує 60-80% економії, а ПІ-закон лише 30-65% (менші значення економії - для блоків менших потужностей). Тут розглянуті теплофікаційні енергоблоки стандартних типорозмірів в діапазоні потужностей від 25 до 250 МВт.

    Достовірність результатів підтверджується експериментом, проведеному на котлі ТП-87 (ст. №8) Новосибірської ТЕЦ-2.

    Паровий котел має продуктивність 430т / год пара з параметрами 14 МПа (P0) і 550 ° C (t0) і працює з турбіною Т-110, що відповідає розрахунковому теплофикационному енергоблоку потужністю 100 МВт.

    Експеримент проводився за наступною схемою. Котел на протязі доби працював в умовах ручного регулювання і потім в умовах автоматичного регулювання. Навантаження котла в обох випадках становила 70% від номіналу. При автоматичному регулюванні реалізований ПІ-закон на технічних засобах АКЕСР (агрегативного комплекс електричних засобів регулювання) в складі стандартного устаткування: вимірювальні перетворювачі, що нормують перетворювачі, оперативні задатчики, виконавчі механізми.

    На тимчасовій діаграмі, рис 4, показані характерні фрагменти відхилення при ручному й автоматичному регулюванні температури (а) і тиску (б) пара за котлом при проведенні експерименту.

    Середньоквадратичне відхилення (СКО) і довірча похибка вимірювань температури і тиску пари за котлом показані в таблиці 1.

    PROBLEMELE ENERGETICIIREGЮNALE 1 (15) 2011 _____________ Таблиця 1. Оцінка експериментальних даних

    Ручне управління Автоматичне управління

    Параметр про ° С Р00, МПа про ° С Р00, МПа

    З 14,98 0,21 4,52 0,1

    а (х) 2,28 0,03 0,68 0,015

    з (с) 1,63 0,02 0,49 0,011

    До 4,48 0,06 1,35 0,03

    з (с) а 11% 10% 11% 11%

    Згідно таблиці 1 можна судити про достовірність розрахункових даних з точністю в 10%.

    ?(У% 110 108 106 104 102 100 98 96 94 92 90

    автоматичне регулювання

    Л ' «

    Л / г / Г \ / \ > \ ' »/ К 1

    р-Ь'Ч. 1 V 1 \ 'V \

    \ 1 Л

    '/ Л,' ч '/ а 1 у / у 1

    ручне регулювання

    ^ Ло кО <?> ф «?> ? Ло

    ..г .V .до - ~ -до ~ ЛР л? .сР ЛР ЛР Ф Яр воемя

    Про 'V ч "^ ^« *>• * Ч *> *? СПД СПД Ч% Ч% |?> №> Vе »- г * р

    а)

    110

    108

    106

    104

    102

    100

    98

    96

    94

    92

    90

    автоматичне регулювання

    *

    / \ /

    \ / Г \ / 'Д ч / \ л У У / х X- / у \ 1 /' Г. / ЛЛ. > У * >ч \ V

    / 'Л

    _ /

    ручне регулювання

    б)

    Мал. 4. Укрупнення тимчасова діаграма при автоматичному і ручному регулюванні параметрів в умовах несення навантаження котлом ТП-87 на рівні 70% від номіналу а) температури свіжої пари Про б) тиску свіжої пари Р0.

    Розрахунок перевитрат палива під час проведення експерименту показав, що при ручному регулюванні перевитрата палива в середньому становить 90 г у.п. / с, а при автоматичному регулюванні - 40 м у.п. / с за час регулювання. Достовірність

    результатів складає ± 5 ... 10 м у.п. / с, тобто економія палива при реалізації ПІ-закон регулювання для теплофикационного енергоблоку на базі турбіни Т-110 становить 55 ± 11%, що повністю підтверджує результати розрахунків, рис. 3.

    За допомогою розробленої методики вдалося виявити, що вплив відхилень температури пара на перевитрату палива менше, ніж при відхиленні тиску, однак практика експлуатації показує, що процеси зміни температури більш інерційні та процес ліквідації відхилень температури від заданого значення більш складний, порівняно з ліквідацією відхилень тиску . Максимальне відхилення і при ручному і при автоматичному регулюванні температури вище, ніж при регулюванні тиску, рис. 4. Тому для оцінки перевитрат палива слід враховувати сукупність відхилень обох параметрів, а вимоги до систем регулювання обох параметрів повинні бути рівноцінними.

    Таким чином, результати розрахунків показують, що робота теплофікаційних енергоблоків на навантаженнях 80-100% від номіналу дозволить мати мінімальні перевитрати палива при автоматичному регулюванні параметрів, рис. 2. У реальних умовах господарювання на максимальних навантаженнях працює нове (найбільш економічне) обладнання - це обумовлено необхідністю якнайшвидшого повернення вкладених в нього коштів. Менш ефективні установки працюють в змінної честі графіка навантажень, в той же час така робота пред'являє більш жорсткі вимоги до систем автоматизації.

    6В,% 2.0

    1.6 1.2 0.8

    0.4 0.0

    Мал. 5. Перевитрата палива при відхиленні параметрів для теплофікаційних енергоблоків в діапазоні потужностей 25-250 МВт при різних способах (законах) регулювання параметрів.

    Висловлюючи перевитрата палива в абсолютній величині (за час регулювання) для всіх типів середніх теплофікаційних турбін в діапазоні потужностей 25-250 МВт (рис. 5) можна бачити, що при 100% навантаженні перевага ПІ-закону становить ~ 380 м у.п. / с., а ПІД закону -470 р у.п. / с в порівнянні з ручним регулюванням.

    У разі 50% -ої навантаження ці показники становитимуть 750 м у.п. / с. і 1000 р у.п. / с. відповідно. Перевага ПІД-закону перед ПІ-законом в першому випадку складе 90 м у.п. / с., А в другому - 250 м у.п. / с., Тобто майже в три рази вище. В даному випадку розрахунки проведені при осреднении показників по навантаженнях і характеризують, що при зниженні навантаження ефективність від застосування ПІД-закону зростає. Слід зазначити також, що в даному прикладі не враховуються інші можливості щодо підвищення ефективності засобів автоматизації (зокрема, у вигляді автопідстроювання параметрів).

    \

    висновки:

    1. При регулюванні параметрів пара за котлом в рівній мірі слід враховувати відхилення і тиску і температури. Перше в силу термодинамічних особливостей, друге в силу інерційності процесів регулювання;

    2. Відносний перевитрата палива для теплофікаційних енергоблоків при навантаженнях близьких до номіналу (80-100%) становить ~ 2%, і при зниженні навантаження до 40% перевитрата палива досягає 3-5,5%;

    3. При реалізації систем автоматичного регулювання параметрів застосування ПІ-закону дозволяє економити до 40-65% палива від його перевитрати, а при реалізації ПІД-закону - до 60-80% в порівнянні з ручним регулюванням відхиляються параметрів. Менші значення величин економії палива відносяться до теплофікаційних енергоблоків менших одиничних потужностей. Слід зазначити, що ефективність застосування ПІД - закону регулювання параметрів в порівнянні з ПІ-законом вище при зниженні навантаження у теплофікаційних енергоблоків.

    література

    1. РД 34.11.321-96 Норми похибки вимірювань технологічних параметрів теплових електростанцій і підстанцій. : М .: Ротапринт ОТІ, 1997. - с. 20;

    2. Щінніков П. А, Новиков С. І., Дворцевой А. І. Ексергетичний аналіз впливу параметрів регулювання пиловугільних теплофікаційних енергоблоків на перевитрату палива // Науковий вісник НГТУ, 2009. -№4 (37) .

    - с.163-169;

    3. Ноздренко Г. В., Щінніков П. А. Використання обчислювального комплексу ОРТЕС для техніко-економічних досліджень ТЕС // Науковий вісник НГТУ, 2005. -№1 (19). - с.51-62.

    4. Бобриков Н. М., Денисов І. К. Автоматичний пошук оптимальних за ступенем стійкості налаштувань ПІ - і ПІД - регуляторів // Проблеми управління 2009.

    - №2. - с. 8-13.

    Відомості про авторів

    Щінніков Павло Олександрович, д.т.н., професор. Завідувач кафедри «Теплові електричні станції» Новосибірського державного технічного університету. Тел: 7 (383) 346-11-42, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Дворцевой Олександр Ігорович, к.т.н. Новосибірський державний технічний університет, 630092, Новосибірськ, пр.К.Маркса, 20, асистент кафедри Теплові електричні станції Новосибірського державного технічного університету. 7 (383) 346-11-42, 7 (383) 287-74-05, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..

    Адреса для листування Дворцевого Олександру Ігоровичу

    Новосибірський державний технічний університет, пр.К.Маркса, 20, м Новосибірськ, 630092,

    т. / факс (383) 346-11-42, 7 (383) 287-74-05, 8-913-006-74-05

    Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її..


    Ключові слова: теплофікаційний енергоблок / регулювання / витрати палива

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити