УДК:629.12.061
О МОДЕЛИРОВАНИИ НАГРУЗОЧНЫХ РЕЖИМОВ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
,
Рассматривается целесообразность математического моделирования режимов нагрузки. Критерием оптимизации показывается минимум расхода топлива, который представляется в виде функции многих переменных, ограниченных уравнениями связи.
математическое моделирование, критерий оптимизации, метод Лагранжа
Известно, что нагрузочные режимы производственной тепловой электрической станции (ТЭС) определяются режимами технологического энергопотребления.
В традиционном понимании режимы работы оборудования (котлоагрегатов, турбин) представляются в виде графиков, показывающих зависимости, например, нагрузки от расхода пара (для турбин); КПД агрегата от нагрузки или от расхода топлива (для котла). Широко распространены зависимости выходных параметров от входных. В практике обычно имеет место одновременное изменение нескольких входных параметров, поэтому проанализировать совместное влияние их на показатели работы котлоагрегата, например, весьма затруднительно. Статические же характеристики при изменении различных входных параметров в отдельности тоже не совсем удобны, а иногда и мало понятны в особенности для обслуживающего персонала станций.
Если учесть, что зависимости вырабатываемой тепловой энергии от энергопотребления отсутствуют вообще, то становится понятным стремление найти удобную и корректную форму для представления и оценки эффективности нагрузочных режимов. Решение такой задачи предпочтительнее всего проводить с помощью моделирования.
Целью моделирования нагрузочных режимов в настоящей работе будет нахождение условия наивыгоднейшего распределение нагрузки между агрегатами с учетом рациональной выработки тепловой и электрической энергии.
Для исследования режимов ТЭС будет использовано математическое моделирование.
Для составления математической модели промышленных и промышленно-отопительных ТЭЦ необходимо иметь аналитические зависимости, которые позволили бы проводить расчеты на ЭВМ. Характер режима промышленного теплопотребления определяется в основном технологическими процессами и характеризуется периодическими регулярными и случайными отклонениями. При одновременной работе на ТЭС нескольких энергоблоков возникает задача определения наивыгоднейшей загрузки каждого из них. Критерием оптимизации в данном случае будет являться минимум расхода топлива.
Объектом исследования энергетической системы в нашем случае является тепловая схема промышленно-отопительной ТЭЦ. Схематически ТЭЦ целлюлозно-бумажного производства может быть представлена на рисунке.
Рис. Принципиальная схема отпуска энергии целлюлозно-бумажного
производства
Установленные турбины типа ПТ, Р и Т можно объединить в соответствующие подгруппы по виду отдаваемой потребителю энергии. Отпуск электроэнергии осуществляют все четыре турбоагрегата, отпуск производственного пара – турбоагрегаты 1, 2 и 3, и теплоты для отопления и горячего водоснабжения - турбины 1, 2 и 4. Для каждой из этих подгрупп в соответствии с производимым видом энергии устанавливаются ограничивающие уравнения связи
Nст= ∑Ni ; DП=∑DПj ; Qот=∑Qотr..
где Dп, Dпj – отпуск производственного пара от станции и каждым из турбоагрегатов, кг/с; Qот, Qотj – суммарный отпуск тепла на отопление и каждым из турбоагрегатов, ГДж/с.
Для нахождения минимума расхода топлива как функции многих переменных применяется метод неопределенных множителей Лагранжа.
.
В соответствии с приведенными уравнениями связи функция имеет вид [6]:
,
где n, m, k – число агрегатов, участвующих в выработке соответственно электрической энергии, производственного пара и пара на отопление.
Для определения коэффициентов λ1, λ2 и λ3 проведем следующие преобразования.
Расход топлива комбинированной установкой, участвующей в отпуске электроэнергии, производственного пара и теплоты из отопительных отборов,
,
где bi – удельный расход топлива на единицу расхода свежего пара, кг топлива/на кг пара; kп, kт, kк – коэффициенты, учитывающие расход пара на регенеративный подогрев питательной воды и численно равные соответствующим отношениям расходов свежего пара к расходам в производственный пар, отопительные отборы и в конденсатор; Dт=Qот/qот – расход пара в отопительные отборы, кг/с; qот – количество теплоты, отдаваемой 1 кг отобранного пара, кДж/кг; Dк = Nк/(lкηм. г) – расход пара в конденсатор, кг/с; Nк – мощность, вырабатываемая конденсационном потоком, кВт; lк – полезная работа, совершаемая 1 кг пара, поступающего в конденсатор турбины, кДж/кг; ηм. г – электромеханический КПД турбогенератора.
При суммировании расхода топлива каждой из установок после группировки подобных членов приведем уравнение Лагранжа может быть приведен к виду
Находим значения неопределенных коэффициентов Лагранжа:
; 
; 
.
В этом случае множители Лагранжа λ представляют собой осредненные значения удельных расходов топлива на выработку соответствующего вида энергии рассматриваемой подгруппы. В каждую из этих подгрупп входят все агрегаты, участвующие в параллельном отпуске заданного вида энергии и имеющие соответствующий регулировочный диапазон. Отсюда вытекают два важных следствия:
1. Изменение отпуска данного вида энергии компенсируется соответствующим изменением загрузки всех агрегатов подгруппы.
2. Условие оптимального распределения выработки энергии достигается в том случае, когда приращение удельного расхода топлива вследствие изменения нагрузки каждого из агрегатов приближается к среднему удельному расходу топлива в подгруппе, что соответствует первоочередной загрузке установок с меньшими относительными приростами.
В нашем случае неопределенные коэффициенты Лагранжа будут иметь вид
;
;
.
Наивыгоднейшее распределение нагрузок достигается при равенстве неопределенных коэффициентов осредненному значению расходов топлива:
λ1=λ2=λ3=bотн.
Таким образом, условием наивыгоднейшего распределения нагрузок между агрегатами является бóльшая загрузка блоков, имеющих малые относительные приросты, и разгрузка блоков, имеющих бóльшие относительные приросты топлива, до тех пор, пока их значения не станут равными.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов расчета энергетической эффективности промышленной ТЭЦ с турбинами типа «ПТ», «Р», и «Т» / . – М.: МЭИ, 19с.
2. Попырин моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок / . - М.: Энергия, 19с.
3. Рыжкин схем мощных конденсационных блоков / , . - М.: Энергия, 19с.
4. Андрющенко режимов работы и параметров тепловых электростанций / , . – М., 19с.
LOADS REGIMES OPTIMIZATION OF INDUSTRIAL PLANT HEAT POWER SYSTEM BY MATHEMATICAL SIMULATION
V. Kantalinskiy, E. Botonogova
There is consideration of loads regimes like as mathematical simulation. The fuel consumption is shown as criterion for optimization. Accordingly to it fuel consumption represent as lot of variable function.
