статья АСУ НПК Фокина ИПМаш

УДК 621.175-52
СИСТЕМА
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО
УПРАВЛЕНИЯ
НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Г.И. Канюк, А.Ю. Мезеря, А.Р. Фокина, И.П. Лаптинов
Разработана общая математическая модель стационарного
режима работы конденсатора. Сформирован алгоритм эталонной
программы функционирования конденсатора при заданных значениях
расходов пара и конденсата. Представлена общая структура
энергосберегающей САУ режимами работы конденсатора.
Ключевые слова: энергосберегающая система автоматического
управления, конденсатор.
Розроблено загальну математичну модель стаціонарного режиму
роботи конденсатора. Сформовано алгоритм еталонної програми
функціонування конденсатора при заданих значеннях витрат пари і
конденсату. Представлено загальну структуру енергозберігаючої САК
режимами роботи конденсатора.
Ключові слова: енергозберігаюча система автоматичного
керування, конденсатор.
The general mathematical model of the stationary mode of operations of
condenser is developed. The algorithm of the standard program of functioning
of condenser is formed at the set values of charges of steam and runback. A
general structure of power-saving modes of the ACS of the condenser.
Keywords: energysaving system of automatic control, condenser.
Исходные положения
Обострение проблем в топливно-энергетическом комплексе и
ухудшение экологической ситуации диктует необходимость системного
подхода к решению проблем повышения экономичности и экологических
характеристик ТЭС и АЭС. В связи с этим, в энергетической отрасли
большое внимание стало уделяться низкопотенциальным комплексам
электростанций как структурных единиц энергоблоков, оказывающих
непосредственное влияние на экономичность их эксплуатации за счет
влияния на конечные параметры пара и на расход электроэнергии для
собственных нужд [1]. По данным Запорожской АЭС, недовыработка
электроэнергии из-за плохих условий теплообмена в конденсаторах
ежегодно составляет порядка 1,5 млрд. кВт·ч [2].
Поэтому
обеспечение
оптимальных
режимов
работы
конденсационных установок, минимизация всех видов энергетических
потерь в них представляет собой важную и актуальную научнотехническую проблему. Эта проблема может быть решена путем создания
энергосберегающих систем автоматического управления режимами работы
систем низкопотенциального комплекса, в частности – конденсаторов
паровых турбин.
Характеристика объекта
Следуя
общим
принципам
энергосберегающего
управления
технологическими объектами, изложенными в [3], конденсатор, как объект
управления, обеспечивающий конденсацию отработанного в турбине пара,
представим следующим образом (рис.1).



X вхнерегGпвх , Pпвх , t пвх 

X вхрег1Gввх , Pввх , t ввх 

X вхрег2Gпэ , Pпэ , t пэ 

X вн Pпкср , t пкср , U пкср , Qср 

X вых Gк 

X потN цн , N э 
Рис. 1. Конденсатор, как объект управления

Вектор нерегулируемых входных параметров Х вхнерег включает
номинальные для определенного режима работы значения массового
расхода (Gпвх ) , давления ( Pпвх ) и температуры (tпвх ) пара, входящего в
конденсатор из последней ступени турбины.

Векторы регулируемых параметров Х вхрег1 и Х вхрег2 – соответствующие
значения параметров охлаждающей воды (Gввх , Pввх tввх ) и пара,
откачиваемого эжекторами (Gпэ , Pпэ tпэ ) .
При этом вектор внутренних параметров, по которым может
непосредственно осуществляться управление:

X упр {Gввх ; Gпэ }.

Вектор внутренних параметров Х вн может быть представлен
ср
средними значениями давления ( Pпкср ) , температуры (tпк
) и скорости
ср
циркуляции пара (U пк ) в паровом пространстве конденсатора, а также
средним значением количества теплоты (Qср ) , отдаваемого паром
охлаждающей воде через стенки трубных пучков.

Вектор выходных параметров Х вых представляет собой значение
массового расхода образующегося конденсата (Gк ) .

Вектор потерь Х пот – значения мощностей, потребляемых
циркуляционным насосом ( Nцн ) и эжекторами ( N э ) .
Математическая модель стационарного режима работы
конденсатора.
Из моделей отдельных рабочих процессов и элементов конденсатора,
представленных в [3], может быть составлена общая математическая
модель стационарного режима работы конденсатора:
Gпв х  Gк  Gпэ ,
э
ср
Gпэ  Спэх Х рз
 Спэрпк Рпк
,
ср
ср
 ,
t пн
 Сtрр Рпк
 Сtрр
ср
ср 
q   ср
п (t пн  t ст ) ,
n
ср 
ср 
q  (t ст
 t ст
)  ( i  i ) ,
ср 
i 1

q   ср
в (t ст  t в ) ,
tн
ср
tсс
ср 
 ср
,
п  Сп t пн  Сп t пн
G
 ср
в  Св в Qв ,
Gk  Сqkq q ,
цт цн
цт
Nв  Qв Рв  Сnx
Х рз  Сnq
Qв ,
потр
цт цн
цн
Nцн
 Nв цн  Сnx
Х рз  Сnq
nцн ,
n
Qв  Сqвхр3 Х цн
рз  Сqв nцн ,
ср
вх
к
t пк
(C рп
Gпвх  C р конд Gк  C рп
Gnэ ) 
вх вх вх
ср
к
 ( C рп
t п Gп  C р конд Gк t конд
 C рп
Gпэtс )  qAk
где
,
Gпвх – массовый расход поступающего отработанного пара;
Gк – массовый расход образующегося конденсата;
Gпэ – расход пара, удаляемого из конденсатора эжекторами для
поддержания заданного значения вакуума;
ср
– температура конденсации;
tпн
q
– поверхностная плотность теплового потока,
передаваемого от пара к наружным поверхностям трубных пучков,
проходящего через стенки трубных пучков и отдаваемого
внутренними стенками трубных пучков охлаждающей воде;
 пср ,  вср – коэффициенты теплоотдачи от пара к внешним
стенкам трубных пучков и от внутренних стенок трубных пучков к
охлаждающей воде;
ср ′
tст
и
ср ″
tст
–
средние значения температур внешних и
внутренних поверхностей трубных пучков;
ср
– среднее значение температуры насыщенного пара (при
tпн
котором происходит его конденсация);
 i и i – толщины и теплопроводности слоев стенок трубных
пучков (с учетом возможных покрытий и отложений);
g
Сtнп , Сtссп , Сb – соответствующие коэффициенты линеаризации;
N в – полезная гидравлическая мощность циркуляционного
насоса;
– объемный расход охлаждающей воды (подача
Qв
циркуляционного насоса);
 в – плотность воды;
Pв – давление, развиваемое насосом;
пот р
N цн
– потребляемая мощность циркуляционного насоса;
 цн – КПД циркуляционного насоса;
Ak – площадь поверхности трубных пучков;
r – удельная теплота парообразования (конденсации) при
соответствующих значениях давления и температуры насыщения Pпнср
ср
и tпн
.
Формирование
алгоритма
эталонной
программы
функционирования конденсатора.
На основании общей математической модели конденсатора
формируется алгоритм эталонной программы функционирования
конденсатора при заданных значениях расходов пара (Gпвх ) 3 и конденсатора
(Gk ) 3 (рис. 2). Эта программа может формировать рациональные задающие
воздействия для САР положением регулирующей задвижки на рабочем
потоке пара эжекторной установки, задвижки циркуляционного насоса и
привода циркуляционного насоса. При этом общая структура
(функциональная схема) энергосберегающей САУ режимами работы
конденсатора может иметь вид, представленный на рис. 3.
Рис. 2. Алгоритм формирования заданной программы работы
конденсатора и задающих воздействий для САР расходов эжектируемого
пара и охлаждающей воды
Рис. 3. Общая функциональная схема энергосберегающей САУ режимами работы конденсатора
Дальнейшие задачи в этом направлении заключаются в следующем:
- подбор и аппроксимация экспериментальных характеристик рабочих
процессов и элементов конденсационной установки, необходимых для
замыкания и конкретизации разработанной математической модели;
- получение функции мощности энергетических потерь, затрачиваемых
на функционирование конденсатора и исследование ее на экстремум
(минимум);
- конкретизация предложенной общей структуры энергосберегающей
САУ режимами работы конденсатора, доведение ее до возможности
практического использования с целью повышения технико-экономических
характеристик энергоблоков.
Выводы
В направлении решения указанной проблемы проведены теоретические
исследования и получены следующие основные результаты.
1. Разработана математическая модель рабочих процессов конденсатора,
учитывающая процессы теплообмена и конденсации пара, работы
пароэжекторной установки и циркуляционного насоса.
2. Разработан алгоритм формирования заданной программы работы
конденсатора и задающих воздействий для САР расходов эжектируемого пара
и охлаждающей воды.
3. Разработана общая функциональная схема энергосберегающей САУ
режимами работы конденсатора с использованием эталонной модели объекта и
модели отклонений основных параметров от заданных значений, способная
автоматически формировать оптимальные задающие воздействия на
регуляторы производительности циркуляционного насоса и эжекторной
установки с целью обеспечения минимальных потерь мощности.
Литература
1. Муравьев В.И. Разработка и анализ технических решений по
рационализации конденсационных систем низкопотенциального комплекса
ТЭС и АЭС: монография [Текст] / В.И. Муравьев, Д.В. Михайский, М.И.
Суханов и др. – Харьков: ХУВС, 2010. – 122 с.
2. Артюх С.Ф. Анализ резервов энергосбережения и возможностей
повышения технико-экономической эффективности насосных установок
низкопотенциального комплекса (НПК) тепловых и атомных электростанций
[Текст] / С.Ф. Артюх, И.Г. Шелепов, Г.И. Канюк и др. // Вестник
Национального технического университета «ХПИ». – 57’2005. – Харьков. – С.
32-42.
3. Канюк Г.И. Общие принципы энергосберегающего управления
технологическими объектами [Текст] / Г.И. Канюк // Восточно-Европейский
журнал передовых технологий. – Харьков, 2010. – № 4/3 (46). – С. 42 – 44.