ИНЖЕНЕРНАЯ МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ДАЛЬНЕГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

В связи с необходимостью удаления площадок крупных электростанций от городов особо актуальной становится задача оптимизации параметров систем дальнего теплоснабжения, которая должна практически решаться при разработке схем теплоснабжения и проектов дальних теплопроводов. При решении указанной задачи необходимо выбрать сочетание оптимальных значений коэффициента теплофикации (ат), расчетной температуры сетевой воды в транзитной магистрали на выходе из базового источника теплоты (тр, °С), диаметра (d, м) и числа ниток (г) двух- или однотрубных транзитных трубопроводов.

Поскольку дальний транспорт теплоты осуществляется, как правило, в виде горячей воды от крупных электростанций, работающих на различных видах топлива, появляется возможность упростить постановку и решение рассматриваемой задачи комплексной оптимизации параметров. В частности, в подавляющем большинстве проектируемых объектов температурный график во внутригородских сетях от ПРК является заданным, что исключает из оптимизации (см. гл. 3.2) три переменные: расчетные температуры сетевой воды в подающей и обратной линиях внутригородских тепловых сетей, а также соответствующее удельное падение Давления на трение.

При построении оптимизационной математической модели теплофикационной системы дальнего теплоснабжения могут быть использованы две основные схемы: закрытая двухтрубная и открытая с однотрубным транзитом. В качестве основных факторов приняты: расчетная тепловая нагрузка Q- МВт; число часов использования максимума тепловой нагрузки hB, ч/год; приведенная (по обороту теплоты, материальной характеристике или капиталовложениям длина транзитных тепловых сетей) LB, км; замыкающие затраты на топливо для пиково-резервных котельных руб./т ; замыкающие затраты на компенсирующую электроэнергию Зэ0МП, руб./МВт ч.

Удельные приведенные затраты на единицу длины транзитных тепловых сетей, включая постоянную (капитальную) составляющую, затраты на перекачку и тепловые потери, определяются с помощью экономических характеристик (рис. 6) — зависимости от расхода теплоносителя с учетом технических ограничений на его

Тогда математическая модель задачи комплексной оптимизации параметров теплофикационных систем дальнего теплоснабжения формируется следующим образом: минимизировать целевую функцию удельных приведенных затрат на тепловую энергию

Независимыми переменными, подлежащими оптимизации, являются ат и для двухтрубной и ат для однотрубной систем. Приравнивая нулю первые частные производные целевой функции (51) по независимым переменным, получим формулы для нахождения в явном виде их оптимальных значений: для двухтрубной системы

По формуле (55) построена номограмма (рис. 7), позволяющая оперативно определять оптимальные значения т{р. Формулы (55), (56), и (57) позволяют определять оптимальные значения параметров без учета ограничений. Чтобы учесть ограничения, выполняют следующие: для однотрубной системы после расчета ат по формуле (57) необходимо проверить ограничение (54) и при его невыполнении скорректировать ат. Для двухтрубной системы сначала необходимо определить т]р по формуле (55) или по номограмме (рис. 7), проверить правую часть ограничения (53), а затем найти ат по формуле (56) и проверить ограничение (52). При невыполнении условия ат (т[р — Тзр)/(тр — Т2Р) в левой части ограничения (52) следует пересчитать в сторону увеличения значение т}15 в виде

После определения оптимальных значений параметров ат и тр для двухтрубной системы находят расход теплоносителя (из уравнения теплового баланса), а затем по экономическим характеристикам (рис. 6) — оптимальный диаметр и число ниток транзитных тепловых сетей. Для однотрубной системы без слива расход воды в транзитной магистрали равен среднему расходу воды на горячее водоснабжение.

Изложенная методика предназначена для ориентировочных расчетов на предпроектных стадиях (технико-экономические доклады, схемы теплоснабжения и обосновывающие материалы).

На конкретных стадиях проектирования (проект и рабочая документация), когда известен состав основного оборудования станции, трасса и условия прокладки трубопроводов транзитных тепловых сетей по участкам, необходимы точные методы расчетов, учитывающие конкретные энергетические характеристики турбин и их режим работы в годовом разрезе, дискретность диаметров трубопроводов и насосных агрегатов, рельеф местности и возможные площадки расположения насосных станций, фактор времени при строительстве и вводе в эксплуатацию элементов системы теплоснабжения и др.

В связи со сложностью и громоздкостью подобных расчетов даже с применением ЭВМ предлагаемая инженерная методика в этом случае может использоваться для ориентировочной оценки области исследуемых на оптимум сочетаний значений основных параметров системы теплоснабжения.

На основе более детальной исходной информации мог} быть уточнены расчетная тепловая нагрузка и годовое чис. часов ее использования, приведенная длина транзитной тепломагистрали и энергетические характеристики турбин.

Следует отметить, что формулы (41) и (42) для расчес недовыработки электроэнергии вследствие отпуска тепле ты из отборов турбин получены при условно принять

одинаковыми тепловых нагрузках всех последовательно включенных ступеней подогрева сетевой воды и КПД проточной части турбины [55]. В то же время подробными исследованиями ряда ведущих организаций страны установлена неравномерность тепловой нагрузки отдельных ступеней подогрева сетевой воды и КПД ступеней проточной части турбины в переменных режимах. Поэтому для повышения точности расчетов по предлагаемой методике уже при конкретном проектировании можно подставлять в формулу (55) значения эя, полученные при полном расчете тепловой схемы турбоустановки при заданных значениях температур воды на входе и выходе из сетевых подогревателей с итерационным уточнением расхода теплоносителя после определения а. Другая возможность усовершенствования расчета недовыработки электроэнергии заключается в детальном определении значений.

В случаях, когда в базисной части графика тепловых нагрузок используются дорогостоящие котельные на дешевых видах топлива (например, на угле), а в пиковой — дешевые котельные по дорогом газомазутном топливе, необходимо оптимизировать соотношение их мощностей — коэффициент теплоснабжения а.

Основными факторами, влияющими на величину а, являются: годовое число часов использования максимума тепловой нагрузки h, ч/год, удельные капиталовложения на базисную (О и пиковую (5дж) котельные, руб./МВт; удельные расходы на отпущенную теплоту для базисной (5баз) и пиковой (6п.р.к) котельных, т/(МВт ч); замыкающие затраты на топливо для базисной (zL) и пиковой (гопл) котельных, руб./т .

Юфа А. И., Носулько Д. Р./ Комплексная оптимизация теплоснабжения.— К.: Техника, 1988.