авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Эффективность технологии комбинированного теплоснабжения на основе тэц с внутриквартальными тепловыми насосами

На правах рукописи

Пашка Бямбацогт СИСТЕМНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ КОМБИНИРОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТЭЦ С ВНУТРИКВАРТАЛЬНЫМИ ТЕПЛОВЫМИ НАСОСАМИ Специальность 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук

Новосибирск – 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Ноздренко Геннадий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Секретарев Юрий Анатольевич доктор технических наук, с.н.с.

Огуречников Лев Александрович

Ведущая организация: ЗАО “ЗиО – КОТЭС”, г. Новосибирск

Защита диссертации состоится «23» декабря 2011 года в 10 часов минут на заседании диссертационного совета Д 212.173.02 при Новосибир ском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новоси бирск, пр. К.Маркса,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского го сударственного технического университета

Автореферат разослан « » ноября 2011 г.

Учный секретарь диссертационного совета доктор технических наук Чичиндаев А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях теплофикация со храняет эффективность по сравнению с раздельной выработкой электроэнер гии (на КЭС) и тепла (в котельных) как при реконструкции действующих, так и при строительстве новых ТЭЦ.

Развитие ТЭЦ осуществляется по двум направлениям – путем строитель ства паротурбинных и парогазовых ТЭЦ и путм комбинирования теплофи кационных систем на базе схемы последовательного нагрева сетевой воды на ТЭЦ и в местных теплоисточниках (внутриквартальных установках). В каче стве таких установок в последнее время используются фреоновые компрес сионные внутриквартальные тепловые насосы (КВТН).

Оценка системной эффективности технологии комбинированного тепло снабжения на основе ТЭЦ с КВТН актуальна.

В диссертации разработанные методические подходы, методики иссле дования, алгоритмы, оценка системной эффективности комбинированного теплоснабжения используются в качестве практического приложения к Улан Баторской ТЭЦ-4 энергетики Монголии.

Современное состояние энергетики Монголии характеризуется ростом выработки электроэнергии и тепла, увеличением добычи угля, возрастанием мощностей источников энергии и сетей, интенсивной электрификацией всех отраслей народного хозяйства. Следует отметить, что, несмотря на то, что Монголия располагает топливно-энергетическими ресурсами, достаточными для удовлетворения потребностей народного хозяйства в топливе и энергии, вопрос обеспечения повышения эффективности топливоиспользования явля ется актуальным. Ситуация обострена тем, что жидкое топливо (мазут) явля ется импортируемым сырьем и имеет цену на порядок большую, чем цена угля франко-бункер Улан-Баторской ТЭЦ-4.

Комбинированные системы теплоснабжения на базе пылеугольных ТЭЦ и внутриквартальных тепловых насосов (КВТН) позволяют обеспечить по вышение эффективности теплоиспользования и, что немаловажно в совре менных условиях для Монголии, вытеснить из энергобаланса мазут.

Целью работы является исследование эффективности технологии ком бинированного теплоснабжения на основе ТЭЦ с внутриквартальными теп ловыми насосами и разработка рекомендаций по выбору схем, параметров и показателей технологии комбинированного теплоснабжения ТЭЦ-КВТН.

Задачи исследования:

• Разработка методики оценки эксергетической и технико экономической эффективности теплофикационных энергоблоков в со ставе ТЭЦ-КВТН.

• Разработка математической модели функционирования теплофикаци онных энергоблоков ТЭЦ в комбинированной системе теплоснабжения с КВТН.

• Разработка методики эксергетического анализа и анализ работы КВТН в составе энергоблоков ТЭЦ в комбинированной системе теплоснабже ния.

• Оценка технико-экономической эффективности технологии комбини рованного теплоснабжения ТЭЦ-КВТН с паротурбинными энергобло ками 50…250 МВт (в том числе – с энергоблоками Улан-Баторской ТЭЦ-4) и парогазовыми энергоблоками 250…500 МВт.

• Разработка рекомендаций по выбору схем, параметров и показателей технологии комбинированного теплоснабжения ТЭЦ-КВТН.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:

1. Разработанные с использованием дифференциального подхода мето дика и математическая модель эксергетического анализа многоцелевых энер гоблоков электростанций, функционирующих в системе комбинированного теплоснабжения.

2. Новый технико-экономический КПД и разработанная на основе дифференциального подхода в эксергетическом методе анализа и объедине ния технико-экономической и эксергетической методологии методика и ма тематическая модель анализа технико-экономической эффективности тепло фикационных энергоблоков с комбинированной системой теплоснабжения и КВТН.

3. Разработанная на базе теории подобия методика и алгоритм для мно говариантных компьютерных расчетов термодинамических параметров фре онов и фреоновых циклов КВТН в составе комбинированного теплоснабже ния с учетом температурных графиков, графиков тепловых нагрузок и оцен кой погрешности расчетов эксергетических и технико-экономических функ ций цели.



4. Показано на основе исследований, что эксергетический КПД КВТН на различных фреонах составляет более 50%. Обоснована необходимость разработки новых фреоновых компрессоров, так как работа КВТН должна быть согласована с температурным графиком и графиком тепловых нагрузок ТЭЦ, работающей в системе комбинированного энергоснабжения, и с темпе ратурным графиком внутриквартальной сетевой воды.

5. На примере эксергетического анализа ТЭЦ с комбинированной сис темой теплоснабжения и фреоновыми КВТН показано, что такие ТЭЦ-КВТН являются термодинамически более эффективными (в 1,5…2,5 раза) по отпус ку теплоэксергии по сравнению с традиционными ТЭЦ, что обусловлено от носительно низкими значениями (0,1…0,15) эксергетических КПД собствен но пиковых водогрейных котлов. Эксергетический КПД ТЭЦ-КВТН с турби нами Т-50…Т-250 находится на уровне 0,12…0,15, с ПГУ-250…500 0,18…0,20, а для традиционной системы ТЭЦ-ПВК - 0,05…0,07.

6. Показано, что технико-экономический КПД по отпуску теплоэксер гии для ТЭЦ-КВТН в комбинированной системе теплоснабжения составляет 0,03…0,06, что выше практически в два раза эффективности традиционных систем теплоснабжения от ТЭЦ.

7. Выполнены многовариантные расчеты эксергетической и технико экономической эффективности для Улан-Баторской (УБ) ТЭЦ-4 при перево де в режим работы с КВТН в комбинированной системе теплоснабжения и показано, что эксергетическая эффективность УБ ТЭЦ-4 повышается почти в 1,5 раза по сравнению с традиционной схемой теплоснабжения: эксергетиче ский КПД по отпуску теплоэксергии при работе КВТН на R-134A составляет 0,129;

экономический критерий эффективности УБ ТЭЦ-4 с КВТН, характе ризующий относительную эффективность эксплуатации инвестиций, нахо дится на уровне 1,5;

а дисконтированный срок окупаемости (рассчитанный по ЧДД) – менее трех лет.

Методы исследования: методология системных исследований в энерге тике, математическое и компьютерное моделирование ТЭЦ, методы эксерге тического анализа.

Практическая значимость работы. Разработанная методика, методи ческий подход, математическая модель, алгоритмы, программы расчета и разработанные рекомендации позволяют получать необходимую информа цию для разработки комбинированного теплоснабжения на основе ТЭЦ с внутриквартальными тепловыми насосами.





В диссертации изложены определяющие принципы при исследовании эффективности ТЭЦ-КВТН. Главным является комплексное рассмотрение комбинированного теплоснабжения как системы, состоящей из основного источника (ТЭЦ), тепловых сетей, КВТН и потребителя.

Личный вклад автора. Все разработки и результаты исследований, из ложенные в основном тексте диссертации без ссылок на другие источники, получены автором.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в Улан-Баторской энергосистеме, на УБ ТЭЦ-4 и в учебном про цессе НГТУ.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на конференции;

II Всероссийской конференции «ИННОВАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА» (НГТУ, Новосибирск, 2010);

Всероссийской научной конфе ренции молодых ученых «НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ» (НГТУ, Новосибирск, 2010);

Первом международном научно-техническом конгрессе (Красноярск, 2010);

IV Всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских ву зов» (ТПУ, Томск, 2011), Международной конференции «Knowledge based industry-2011», Монголия, 2011.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных ра бот, из них: 1 статья в журнале, входящем в перечень изданий, рекомендо ванных ВАК РФ, 3 – в сборниках научных трудов, 5 – в сборниках трудов всероссийских и международных конференций.

Структура и объм работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 122 страницы основного текста, 27 рисунков, 23 таблицы.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосно вывается использованием методики технико-экономических и эксергетиче ских системных исследований, фундаментальных закономерностей техниче ской термодинамики, теплопередачи, использованием фактических режим ных и параметрических характеристик энергетического оборудования Улан Баторской ТЭЦ-4.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулиро ваны цели исследования, определена научная новизна и практическая цен ность работы, аннотируются основные положения работы.

В первой главе проведен обзор энергетического хозяйства Монголии и показано, что пылеугольные ТЭЦ являются фактором энергобезопасности страны. Показано, что развитие ТЭЦ может осуществляться как по традици онному направлению, так и путем создания комбинированных теплофикаци онных систем. Отмечен вклад в развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения ряда известных ученых. При этом для комбинированных те плофикационных систем на базе ТЭЦ-КВТН (внутриквартальных тепловых насосов) к настоящему времени в технической литературе ещ не было уде лено достаточного внимания в направлении системных проработок и оценки их эксергетической и технико-экономической эффективности. Сформулиро ваны задачи исследования.

Во второй главе разработаны основы методических подходов к иссле дованию и методик эксергетического анализа комбинированных систем теп лоснабжения ТЭЦ-КВТН.

Оценку технико-экономической эффективности функционирования ТЭЦ-КВТН целесообразно определять по общему интегральному эффекту как разность между общим интегральным результатом от производственной деятельности объекта и общими интегральными затратами.

Определяющим технико-экономическим параметром являются средне годовые затраты З, а критерий технико-экономической эффективности имеет вид:

ЦЕЕ Z, (1) З где ЦE – получаемая плата за эксергию, в данном -ом году, руб/(кВтч);

Е – отпущенная в -ом году потребителю эксергия (электроэнергия и теплоэксер гия), кВтч/год.

Очевидно, что критерий эффективности (по сути отражающий инте гральный эффект) должен быть больше единицы: Z 1.

Для сравнительного анализа ТЭЦ-КВТН термодинамические свойства фреонов определяются на основе единого методического подхода, сочетаю щего методики термодинамического подобия, построения уравнений состоя ния реального газа, термодинамического анализа фреоновых циклов и новой информации о термодинамических свойствах фреонов, что в немалой степе ни обусловлено необходимостью при математическим моделировании функ ционирования ТЭЦ-КВТН увязывать расходно-термодинамические парамет ры процессов с конструктивно-компоновочными параметрами.

За основу принято уравнение состояния реального газа Мартина-Хоу Алтунина:

n 5 F T i i, p (2) i 1 b кр где Fi (T) –коэффициенты уравнения;

– удельный объем;

b ;

8zкр zКР РКРКР / R TКР ;

pкр, кр,Tкр – давление, удельный объем и темпе ратура в критической точке;

R – универсальная газовая постоянная.

Эксергетический анализ функционирования ТЭЦ-КВТН алгоритмически включает: нахождение на основе материального баланса массовых частей по токов на входе в систему, из которых образованы выходящие потоки;

пред ставление эксергии каждого выходящего из системы потока вещества, а так же эксергии соответствующих массовых частей на входе в систему и внутри системы;

установление эксергии различных видов энергии на входе, внутри и выходе из системы;

определение полезных эффектов (т.е. какие виды эксер гии увеличились и какие новые вещества образовались при работе рассмат риваемой системы), а также затрат (какие виды эксергии уменьшились и ка кие вещества превратились в другие);

расчт эксергетического КПД.

При использовании дифференциального подхода в эксергетическом ме тоде анализа и объединения технико-экономической и эксергетической мето дологии предложен новый технико-экономический КПД и разработана мето дика и математическая модель анализа технико-экономической эффективно сти теплофикационных энергоблоков с комбинированной системой тепло снабжения и КВТН.

Предлагаемый подход заключается в следующем. Во-первых, это – ус ловное разбиение комбинированной системы теплоснабжения ТЭЦ-КВТН (работающей по комбинированному термодинамическому циклу, рис.1) на несколько функционирующих частей и представление в виде эксергетиче ской структурной схемы (рис.1).

Рис. 1. Принципиальная тепловая и эксергетическая структурная схемы комбинированной системы теплоснабжения ТЭЦ-КВТН:

0, 1, 2, 3, 4 -подсистемы комбинированной системы теплоснабжения;

Q теплопотребитель;

Еij -эксергетические потоки;

i -множители Лагранжа (удельные эксергетические расходы топлива).

Во-вторых – математическое описание (моделирование) функционирования и использование этой модели при расчетах. В-третьих – определение и анализ эксергетических показателей эффективности.

Теплофикационный энергоблок ТЭЦ с КВТН, соответствующий тепло вой схеме на рис.1, работает по комбинированному циклу, представленному на рис.2.

Рис.2. Комбинированный цикл ТЭЦ с КВТН на фреоне R-134A:

a, в, c, d– цикл фреонового КВТН;

f, d – конденсация фреона;

3, 4 – подогрев внутриквартальной сетевой воды в конденсаторе КВТН;

0, К, К', 0 – цикл те плофикационного энергоблока;

Т, Т' – конденсация пара теплофикационного отбора;

1, 2 – охлаждение станционной сетевой воды в испарителе фреоново го КВТН.

Математическое описание (моделирование) функционирования ТЭЦ КВТН и определение эксергетических показателей эффективности алгорит мически включают следующие процедуры: формирование уравнений связи в соответствии со структурной схемой при каждом i (рис.1);

формирование функции Лагранжа:

L 0,123EB B ( EB E00 1FBO ) 0 ( E0 E111F E33 1F03 ) 1 ( E1 E22 1F12 ) 2 ( E2 E44 1 E331F23 ) (3) 3 ( E3 E00 1F30 E111F31 ) 4 (E4 E22 1F42 EQ );

определение эксергетических потоков через эксергетическую производи тельность функционирующих частей (с учетом эксергетических КПД функ ционирующих частей i );

формирование системы уравнений:

L 0 i =0, 1,...,5;

(4) Ei решение системы уравнений и определение эксергетического КПД комбини рованной системы теплоснабжения ТЭЦ-КВТН по отпуску теплоэксергии:

B Q 01 2 4 S, (5) 1 F30 F где эксергетический структурный коэффициент S 1 1.

FBO F12 03 Технико-экономическая эффективность ТЭЦ-КВТН по сравнению с (5) учитывает Цт – цену условного топлива ТЭЦ, руб/т у.т., Зi –затраты в подсис темы, руб/год, и определяется как B 01 2 4 S, Q (6) где эксерго-экономический коэффициент (7) ;

/ FF / 0 4 З0 З11 1 30 30 З3 / FBO F12 4 0 1 F12 0.123 Ц T 10 З B / / F42 014 S З2 З4 / 2 коэффициенты относительных приростов затрат в подсистемы 1 к ;

З2 k2 ;

З1 k / / КВТН к КВТН (8) 1 к ;

З4 k4 ;

З3 k / / КВТН к КВТН k1, k2 = k3, k4 –удельные капиталовложения в компрессорную, конденсатор ную, испарительную часть и тепловой центральный пункт, руб/кВт;

квтн – число часов использования установленной эксергетической мощности КВТН, ч/год;

к –отчисления от капиталовложений, 1/год.

В третьей главе выполнен эксергетический анализ ТЭЦ-КВТН на осно ве результатов многовариантных расчетов.

Каждая серия расчетов включала: многовариантные расчеты при заранее заданных сочетаниях значений параметров ТЭЦ-КВТН;

вариации значений исследуемых параметров в технически допустимых пределах при заданных значениях остальных параметров;

многовариантные сравнительные расчеты эксергетических потерь в КВТН на фреонах R-134A, R-12, R-12B2, R-31-10.

Указанный объем разнохарактерных расчетов позволил более подробно учесть инженерную специфику сравниваемых вариантов, определить основ ные закономерности влияния параметров на эффективность ТЭЦ-КВТН и оценить ее снижение для различных изменений параметров по тем или иным инженерным соображениям.

Эксергетические потери E и потоки эксергии E ij в КВТН на фреоне в составе комбинированной системы теплоснабжения показаны на рис.3.

КВТН Рис.3. Потери эксергии Еi в КВТН на фреоне в составе комбинированной сис темы теплоснабжения:

Т* – расчетная температура окружающей среды;

Q – теплопотребитель;

1– компрес сор с электроприводом;

2 - конденсатор с дросселем;

3 – испаритель.

Для каждого расчетного варианта выполнены с совместной увязкой:

расчеты тепловых схем теплофикационных энергоблоков ТЭЦ и КВТН, рас чет теплофикационной нагрузки для комбинированной системы теплоснаб жения с КВТН, расчет расходно-термодинамических и конструктивных па раметров КВТН, стоимостные расчеты ТЭЦ-КВТН. Основные расчеты были выполнены для мощностного ряда теплофикационных энергоблоков с турби нами типа Т-50/60, Т-110/120, Т-175/210, Т-180/210, Т-250/300.

Выполнена оценка погрешности расчетов и показано, что поскольку от дельные погрешности являются независимыми и носят случайный характер, возникает эффект их взаимной компенсации, что обусловливает результи рующую погрешность расчета эксергетических и технико-экономических функций цели на уровне 0,1%.

На рис.4 приведены эксергетические КПД по отпуску теплоэксергии для комбинированных систем теплоснабжения с КВТН на фреонах R-134A и R 12B2 и традиционных систем теплоснабжения ТЭЦ-ПВК.

Q N, МВт 100 200 Рис.4. Эксергетические КПД по отпуску теплоэксергии:

паротурбинная и парогазовая (бинарная) ТЭЦ с КВТН на фреонах R-134A, R 12B2, соответственно, и, ;

традиционная паротурбинная и парога, зовая ТЭЦ с пиковым водогрейным котлом (ПВК), соответственно ;

N–, мощность энергоблоков ТЭЦ.

Из рисунка видно, что эксергетические КПД по отпуску теплоэксергии для комбинированных систем теплоснабжения с КВТН на базе паротурбин ных ТЭЦ примерно в два раза, а на базе парогазовых ТЭЦ почти в три раза выше, чем для традиционных систем ТЭЦ-ПВК. Вместе с тем можно отме тить, что в комбинированных системах теплоснабжения функционирование КВТН на фреоне R-134A эффективнее, чем на R-12.

При сравнении ТЭЦ-КВТН с традиционной схемой энергоснабжения (ТЭЦ-ПВК) приняты температуры прямой и обратной сетевой воды по тем пературному графику Тпс1 = 360 К, Тпс2 = 383 К, Тос = 320 К (при средней расчетной температуре окружающего воздуха – 16оС для работы ПВК), тем пература у потребителя ТQ = 353 К, расчетная температура окружающей сре ды Т* = 310 К, равная температуре конденсации в конденсаторах энергобло ков ТЭЦ, КПД ПВК (по энергобалансу котла) пвк=0,85;

в соответствии с температурными графиками и продолжительностью стояния температур чис ло часов использования установленной эксергетической мощности ПВК со ставило пвк = 1400 ч/год;

k1 = 4·103 руб/кВт, k2 = 3·103 руб/кВт;

.

к ;

З2 k / З1 k / пвк к пвк На рис. 5 приведены значения эксерго-экономических КПД для комби нированных систем теплоснабжения с КВТН на фреонах R-134A и R-12B2 и традиционных систем теплоснабжения ТЭЦ-ПВК.

Q 400 N, МВт 100 Рис. 5. Эксерго-экономические КПД по отпуску теплоэксергии для ком бинированных систем теплоснабжения с КВТН:

паротурбинная и парогазовая (бинарная) ТЭЦ с КВТН на фреонах R-134A, R 12B2, соответственно, и, 1;

традиционная паротурбинная и парогазо, вая ТЭЦ с пиковым водогрейным котлом (ПВК), соответственно,,,.

Из этих данных видно, что комбинированная система ТЭЦ-КВТН в 1,5…2,0 раза эффективнее традиционных ТЭЦ-ПВК. Эксергетический КПД Q для комбинированной системы ТЭЦ-КВТН с теплофикационными паро турбинными энергоблоками на базе турбин Т-50…Т-175 находятся на уровне 0,12…0,14, а для традиционной системы ТЭЦ-ПВК 0,05…0,07. Для ТЭЦ КВТН с энергоблоками на базе турбин Т-180, Т-250 введение промперегрева и закритических параметров пара приводит к увеличению Q до 0,15, а пере ход к бинарным парогазовым энергоблокам в системе ТЭЦ-КВТН позволяет получить Q = 0,18…0,20.

На рис.6 приведены значения эксергетического технико-экономического КПД при изменении цены условного топлива.

0,24 0, Q 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,17 0, 0,8·Цт 0,9·Цт 1,1·Цт 1,2·Цт Цт, Руб/ту.т.

Рис.6. Эксергетический технико-экономический КПД по отпуску теп лоэксергии на паротурбинной ТЭЦ с КВТН на фреоне R-134А при измене нии цены топлива: - ;

Q -.

Из рисунка видно, что комбинированная система теплоснабжения на ба зе ТЭЦ с КВТН является перспективной технологией и при повышении стоимости топлива.

В четвертой главе основная часть расчтов выполнена для ТЭЦ–540 ( котлов Е-420-140, 3 турбины ПТ-80 и 3 турбины Т-100) УБ ТЭЦ-4, входящей в Центральную (Улан-Баторскую) энергосистему. Для эквивалентных энер гоблоков с турбинами ПТ-80-130 и с Т-110-130 УБ ТЭЦ-4 выполнен расчет эксергетической эффективности по отпуску электроэнергии и теплоэксергии для УБ ТЭЦ-4 и показано, что соответствующие эксергетические КПД экви валентных энергоблоков составили: для турбин Т-110-130: 0,34 и 0,22;

для турбин ПТ-80-130 при отключенном П-отборе: 0,34 и 0,22, при включенном П-отборе: 0,41 и 0,38.

В табл. 1 приведены результаты расчетов 1,…4 и Q – эксергетиче ской эффективности УБ ТЭЦ-4. Из таблицы видно, что эксергетическая эф фективность комбинированной системы теплоснабжения на базе УБ ТЭЦ Q = 0,129, то есть почти в два раза больше, чем для традиционной системы теп лоснабжения с пиковыми водогрейными котлами.

Таблица Результаты расчетов эксергетической эффективности УБ ТЭЦ- 1 2 3 4 s Q F12 F30 F Fво 0,991 0,877 0,869 0,956 0,785 0,932 0,068 0,215 0,45 0, По аналогии с эксергетической эффективностью предложено оценивать технико-экономическую эффективность УБ ТЭЦ-КВТН.

На основе многовариантных расчетов определено: З/в =0,03 руб/кВт·ч;

Цт =1500 руб/т у.т.;

З/о =1,23 руб/кВт·ч (для ПТ-80-130), З/о =1,18 руб/кВт·ч (для турбин Т-110-130). Результаты расчетов приведены в табл.2.

Таблица Эксергетический технико-экономический КПД УБ ТЭЦ-4-КВТН тип фреона Q Q s R-31-10 0,552 0,123 0,206 0, R-134А 0,45 0,129 0,207 0, Рассчитанное значение экономического критерия эффективности для УБ ТЭЦ-4 с КВТН на R-134A при ЦE =1,8 руб/кВт·ч, З/о =1,23 руб/кВт·ч (для турбин ПТ-80-130), З/о =1,18 руб/кВт·ч (для турбин Т-110-130) и среднегодо вой эксергетической производительности 3600 млн. кВт·ч/год ЦЕЕ Z 1,5 1 (9) З и характеризует относительную эффективность эксплуатации инвестиций, а ЦЕЕ и З определяются как значения составляющих интегрального эффек та за весь срок жизни, где E-отпуск эксергии в -й год, кВт·ч/год (электро энергии 3000 млн. кВт·ч/год и теплоэксергии 600 млн. кВт·ч/год).

Значения ЧДД вычислены по формуле:

Ц Е Е Т -Ц N Nквтн K квтн 15 ЧДД=. (10) 1 ЕН 1 ЕН =1 t Здесь: ЦЕ =1,8 руб/кВтч – цена продажи теплоэксергии от ТЭЦ-КВТН;

ЦN =1,5 руб/кВтч – цена эксплуатационных издержек, отнесенных к потреб ляемой КВТН электроэнергии как электроэнергии на собственные нужды системы ТЭЦ-КВТН;

ET=600 млн. кВт·ч/год – годовой отпуск теплоэксергии;

квтн =230 млн. кВт·ч/год – годовое потребление электроэнергеии КВТН;

N Кквтн =1500 млн. руб – капиталовложения в КВТН (при удельных капитало вложениях 13000 руб/кВт, рассчитанных по удельным капиталовложениям в функционирующие части КВТН: k1 = 8·103 руб/кВт, k2 = k3 = 6·103 руб/кВт, k = 3·103 руб/кВт (см.гл.3));

ЕН=0,1 – ставка дисконтирования;

=2 годам (сроку освоения капиталовложений при вводе КВТН в комбинированную систему теплоснабжения);

=15 годам (остаточному сроку наработки на ресурс энер гоблоков УБ ТЭЦ-4).

Значения ЧДД, млн. руб, по годам = 1, 2, 3, соответственно:

-13,8;

-12,8;

+552.

Таким образом, перевод УБ ТЭЦ-4 в режим комбинированного тепло снабжения с КВТН на фреоне R-134A является эффективным: дисконтиро ванный срок окупаемости проекта составляет менее трех лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, содер жится решение задачи системной эффективности технологии комбинирован ного теплоснабжения на основе ТЭЦ с внутриквартальными тепловыми на сосами, имеющей существенное значение для теплоэнергетики (и в частно сти, для монгольской энергетики).

1. Разработана с использованием дифференциального подхода методика и математическая модель эксергетического анализа многоцелевых энерго блоков электростанций, функционирующих в системе комбинированного те плоснабжения.

2. При использовании дифференциального подхода в эксергетическом методе анализа и объединения технико-экономической и эксергетической методологии предложен новый технико-экономический КПД и разработана методика и математическая модель анализа технико-экономической эффек тивности теплофикационных энергоблоков с комбинированной системой те плоснабжения и КВТН.

3. Разработана на базе теории подобия методика и алгоритм для много вариантных компьютерных расчетов термодинамических параметров фрео нов и фреоновых циклов КВТН в составе комбинированного теплоснабжения с учетом температурных графиков и графиков тепловых нагрузок. Выполне на оценка погрешности расчетов и показано, что поскольку отдельные по грешности являются независимыми и носят случайный характер, возникает эффект их взаимной компенсации, что обусловливает результирующую по грешность расчета эксергетических и технико-экономических функций цели на уровне 0,1%.

4. Выполнен эксергетический анализ циклов КВТН в составе комбини рованного теплоснабжения и показано, что эксергетический КПД КВТН на различных фреонах составляет более 50%. Обоснована необходимость разра ботки новых фреоновых компрессоров, так как работа КВТН должна быть согласована с температурным графиком и графиком тепловых нагрузок ТЭЦ, работающей в системе комбинированного энергоснабжения, и- с темпера турным графиком внутриквартальной сетевой воды.

5. На примере эксергетического анализа ТЭЦ с комбинированной систе мой теплоснабжения и фреоновыми КВТН показано, что такие ТЭЦ-КВТН являются термодинамически более эффективными (в 1,5…2,5 раза) по отпус ку теплоэксергии по сравнению с традиционными ТЭЦ, что обусловлено от носительно низкими значениями (0,1…0,15) эксергетических КПД собствен но пиковых водогрейных котлов. Эксергетический КПД ТЭЦ-КВТН с турби нами Т-50…Т-250 находится на уровне 0,12…0,15, с ПГУ-250…500 0,18…0,20, а для традиционной системы ТЭЦ-ПВК -0,05…0,07.

6. Показано, что технико-экономический КПД по отпуску теплоэксергии для ТЭЦ-КВТН в комбинированной системе теплоснабжения составляет 0,03…0,06, что выше практически в два раза эффективности традиционных систем теплоснабжения от ТЭЦ.

7. Выполнены многовариантные расчеты эксергетической и технико экономической эффективности для УБ ТЭЦ-4 при переводе в режим работы с КВТН в комбинированной системе теплоснабжения и показано, что эксерге тическая эффективность УБ ТЭЦ-4 повышается почти в 1,5 раза по сравне нию с традиционной схемой теплоснабжения: эксергетический КПД по от пуску теплоэксергии при работе КВТН на R-134A составляет 0,129, экономи ческий критерий эффективности УБ ТЭЦ-4 с КВТН, характеризующий отно сительную эффективность эксплуатации инвестиций, находится на уровне 1,5, а дисконтированный срок окупаемости (рассчитанный по ЧДД) – менее трех лет.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Ноздренко Г.В., Григорьева О.К., Пашка Бямбацогт. Эксергетический ана лиз и эффективность комбинированной системы теплоснабжения с термо трансформаторами на фреоне // Энергетика и теплотехника: сб. науч. тр. / под ред. Акад. РАН В. Е. Накорякова. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010.

Вып. 15. С. 102–108.

2. Ноздренко Г.В., Григорьева О.К., Пашка Бямбацогт. Эксергетический ана лиз систем комбинированного теплоснабжения с термотрансформаторами на низкокипящих веществах и новыми циклами // Энергетика в глобальном ми ре: первого международный научно–технический конгресс. Красноярск, 2010. Ч. 3. С. 108–109.

3. Эффективность ТЭЦ с газосетевым подогревателем и комбинированной системой теплоснабжения с фреоновыми термотрансформаторами / Бямба цогт Пашка [и др.]. // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. № 1(42). С. 181–186.

(журнал, рекомендованный ВАК).

4. Эффективность парогазовой ТЭЦ с комбинированной системой тепло снабжения и фреоновыми трансформаторами / Пашка Бямбацогт [и др.]. // Инновационная энергетика: материалы второй научно-практической конфе ренции с международным участием: Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. С.

73–75.

5. Пашка Бямбацогт. ДЦС-тай хослон ажиллах дулааны эх сгр тний р ашгийн эксергийн шинжилгээ // эрчим хч & engineering. Улаанбаатар:

МУШУТИС, 2010. № 10. С. 42–44. [Эффективность комбинированного теп лоснабжения ТЭЦ с КВТН].

6. Пашка Бямбацогт. Эффективность комбинированных систем теплоснаб жения с фреоновыми термотрансформаторами // Наука. Технологии. Инно вации: материалы докладов всероссийской научной конференции молодых ученых: в 4 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. Ч. 2. С. 23–25.

7. Эксергетический анализ ТЭЦ с ГСП и комбинированной системой тепло снабжения с фреоновыми термотрансформаторами / Бямбацогт Пашка [и др.]. // Энергетика и теплотехника: сб. науч. тр. / под ред. Акад. РАН В. Е.

Накорякова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. Вып. 16. С. 108–118.

8. Пашка Бямбацогт. Системная эффективность комбинированного тепло снабжения на ТЭЦ с КВТН // Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов, IV Всероссийская научно - практическая кон ференция. Томск, 2011. С. 189–194.

9. Pashka Byambatsogt, Nozdrenko G.V. Efficiency of exergy method in com bined system of heat supply thermal power station with district heat pump // inter national conference. Knowledge based industry-2011. Ulan Bator, Mongolia, 2011. P. 483–487. [Эффективность эксергетических методов комбинирован ного теплоснабжения на ТЭЦ с КВТН].

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, тел./факс (383) 346-08- формат 60 Х 84/16 объем 1,5 п.л. тираж 90 экз.

Заказ № подписано в печать 17.11.11 г.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.