Система планування раціональних ресурсозберігаючих режимів експлуатації ТЕС
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Ліщук С.Р. Система планування раціональних ресурсозберігаючих режимів експлуатації ТЕС – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 144 – Теплоенергетика. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ – 2025. Дисертаційна робота включає в себе 4 розділи, в яких відбувається розробка системи планування роботи енергоблоків ТЕС, з метою зменшення витрат палива і подовження ресурсних показників. Вступ включає таку інформацію як: представлення актуальності вибору теми дослідження, зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами, формування мети і завдань роботи, що допомагають при розкритті даної теми. Представлено об’єкт, предмет та методи дослідження. Також відображається наукова новизна, практичне значення отриманих результатів, особистий внесок здобувача, апробація результатів, публікації, структура та обсяг роботи. В першому розділі представлено літературний огляд джерел інших авторів, що працюють над схожою проблематикою. В даному розділі розглядається раціоналізація режимів роботи енергетичного обладнання, що включає в себе всі етапи, зокрема: виробництво, передачу та розподіл електроенергії. В результаті збільшення нерівномірності графіків навантаження та недостачею генеруючих потужностей, регулювання ОЕС є досить проблематичним. Спираючись на це виникає проблема гострого дефіциту маневрених потужностей в Україні, для розв’язання якої залучаються ТЕС, які працюють не в номінальному, а в змінних режимах роботи. Це призводить до погіршення робочих характеристик, зокрема підвищення витрат на відпуск електроенергії, прискорення зносу обладнання та зменшення залишкового ресурсу. Проводиться дослідження, впливу маневрених режимів роботи обладнання на економічну складову, приведено залежність між графіком навантаження та собівартістю електроенергії. Також досліджено основні процеси, що впливають на надійність обладнання, а саме циклічних змін температури, корозійного розтріскування та повзучості. Задля раціоналізації режимів роботи розглянуто велику кількість методів, зокрема метод Лагранжа, динамічне та стохастичне програмування, ієрархічні моделі прогнозованого керування, генетичні алгоритми та інші. В процесі роботи детально досліджується моделювання та чисельні методи аналізу процесів у турбообладнанні ТЕС, зокрема варто відмітити метод кінцевих елементів і функцію Гріна. Враховуючи це все для розв’язання основних проблем в енергетиці потрібно впроваджувати комплексний підхід, що включає в себе як технічно модернізацію так і покращення методів діагностики та експлуатації енергообладнання. Що в свою чергу дозволить не тільки подолати виклики, що зумовлені воєнним станом, а і в подальшому розвиватися, відповідаючи всім стандартам енергоефективності. В другому розділі досліджено головні особливості роботи енергоблока 200 МВт з турбіною К-200-130, що часто використовується в ОЕС України. Описано класифікацію пускових режимів теплових електростанцій (ТЕС), де основною є температура металу циліндра високого тиску (ЦВТ) перед пуском турбіни . Основними характеристиками, що досліджуються є втрати енергії та палива під час пуску. Визначення цих втрат є складним завданням, що потребує знаходження усіх складових енергетичних балансів. Розрахунки відбуваються у відповідності до різних методик, що спираються на галузеві стандарти та нормативні документи. Наведено математичні моделі процесів теплообміну в проточній частині турбоагрегата, що дозволяє проводити розрахунки як для стаціонарних так і змінних режимів роботи. Дані моделі дозволяють визначати температурні розподіли у турбіні в різні моменти часу, що є необхідним для оцінки напруженодеформованого стану конструктивних елементів. Представлено інформацію про процес накопичення малоциклової втоми металу ротора, що є одним з факторів його пошкоджень. Використано гіпотезу Пальмгрена-Майнера при розрахунку залишкового ресурсу ротора та допустимої кількості пусків. Приведені математичні тотожності для розрахунку залишкового напрацювання до моменту часу, коли утворюються тріщини, що враховують вплив режимів експлуатації обладнання. Наведено математичні моделі для дослідження теплового та напружено-деформованого стану ротора середнього тиску. Підтверджено, що робота при частих пусках та зупинках збільшує швидкість пошкодження обладнання. В третьому розділі проаналізовано пускові перевитрати палива енергоблоку 200 МВт в залежності від типу пуску. Встановлено, що при пуску з холодного стану (ХС) перевитрата умовного палива сягає 90,7 т.у.п., при пуску з неостиглого стану (НС) даний параметр дорівнює 77,2 т.у.п., а при пуск з гарячого стану (ГС) - 59,6 т.у.п. Враховуючи час навантаження турбіни було розраховано аналогічні показники згенерованої протягом пуску кількості електричної енергії. З метою планування раціональної стратегії експлуатації енергоблоків теплових електростанцій запропоновано математичну систему раціоналізації режимів експлуатації. Дана система спрямована на мінімізацію середньорічної питомої витрати умовного палива при роботі енергоблока в змінних режимах роботи. Режимними параметрами, що підлягали раціоналізації є річне напрацювання енергоблоку, кількість пусків з різних теплових станів та дольове співвідношення пусків з холодного, гарячого та неостиглого станів. Використовуючи запропоновані підходи було з’ясовано, що найменша перевитрата умовного палива досягається при терміні роботи енергоблоку 5500– 6500 год на рік, 20–32 пусках, із часткою пусків із холодного стану близько 70- 80 %. Даний режим експлуатації забезпечує на 20 % меншу перевитрату умовного палива в порівнянні з найменш раціональним режимом роботи. Додатково встановлено міру підвищення витрати палива при відхиленні режимних параметрів від встановлених раціональних значень. В четвертому розділі було розроблено геометричну модель найбільш навантаженої частини ротора середнього тиску (РСТ) парової турбіни К-200-130 та проведено дослідження його теплового та напружено-деформованого стану під час пускових режимів та на номінальному навантаженні. В процесі розрахунків був використаний метод скінченних елементів, а сама модель виконана в двовимірній постановці, з використанням нерівномірної розрахункової сітки, що ущільняється по наближенню до найбільш навантажених областей. За результатами дослідження теплового стану встановлено, що при роботі на номінальному навантаженні максимальна температура металу сягає 508 °C в області регулюючого ступеня, з плавним зниженням до 370 °C по ходу пари та з більш різким спадом у напрямку кінцевих ущільнень. Розрахунок інтенсивності напружень показав високі значення даного параметру в зоні осьового отвору під регулюючим ступенем (134 МПа). Додатково визначено, що термокомпенсійні канавки передніх кінцевих ущільнень та галтель регулюючого ступеня є найбільш напруженими під час пускових режимів з різних теплових станів. Зокрема, при пуску з ХС в першій області напруження – 439 МПа, з НС – 280 МПа, з ГС – 220 МПа, а в другій – 447 МПа, 367 МПа і 270 МПа відповідно. Найбільш різке зростання при всіх пускових режимах спостерігається в момент часу від поштовху турбіни до виходу на частоту холостого ходу. В подальшому було запропоновано математичну модель раціоналізації режимів роботи, яка має на меті управляти темпом накопичення пошкоджень за рахунок зменшення негативного впливу менш раціональних режимів на ресурс, і цим самим збільшуючи загальне можливе напрацювання обладнання. В якості режимних параметрів, як і в розділі 3 були значення річного напрацювання енергоблоку, кількості пусків з різних теплових станів та дольове співвідношення пусків з холодного, гарячого та неостиглого станів. Провівши розрахунки для енергоблока потужністю 200 МВт було встановлено, що найбільш раціональним режимом роботи є: річне напрацювання 6000–6500 год., кількість пусків протягом року 20–26, при цьому переважна частина пусків із ХС - 0,74–0,8. Різниця при роботі на даному режимі в порівняні з найменш раціональним режимом складає 80 тис. год.
Опис
Ключові слова
теплова електростанція, режими роботи, пуск, енергоблок, котел, турбіна, математичне моделювання, витрата палива, тепловий стан, напружено-деформований стан, міцність, розрахунок на втому, довговічність, ресурс, раціоналізація, thermal power plant, operating modes, start-up, power unit, boiler, turbine, mathematical modeling, fuel consumption, thermal state, stress-strain state, strength, fatigue calculation, durability, resource, rationalization
Бібліографічний опис
Ліщук, С. Р. Система планування раціональних ресурсозберігаючих режимів експлуатації ТЕС : дис. … д-ра філософії : 144 Теплоенергетика / Ліщук Сергій Русланович. – Київ, 2025. – 125 с.