Способ управления отопительной котельной Советский патент 1991 года по МПК F22B35/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для снижения удельного расхода топливно-энергетических ресурсов на выработку тепловой энергии, преимущественно, на отопительных котельных.

Целью изобретения является уменьшение удельного расхода топливно-энергетических, ресурсов при использовании во всех котлах котельной одного вида топлива и ее работе на режимах с изменяющейся суммарной тепловой нагрузкой путем контроля энергии на привод тягодутьевых машин кот- лов.

Способ осуществляется следующим образом.

Для обеспечения работающими котлами фактической тепловой нагрузки в целом по котельной пуск нового котла или остановка одного из работающих котлов производится только в том случае, если при этом уменьшается суммарный секундный расход

топливно-энергетических ресурсов в пере- сиете на условное топливо (В, кг у.т,/с), определяемый по формуле

2

i 1

Qi 100 гц

+ 4,6 10

- 4

$3,

+

| ТТ

+ K-Cf

акс

Если знаки первой и второй производных от функции изменения во времени температуры наружного воздуха (t) различны, тенденция дальнейшего изменения темпе- рэтуры наружного воздуха в том же направлении ослабевает. Математически это условие может быть выражено следующим образом:

Изобретение относится к теплоэнергетике. Цель изобретения - уменьшение удельного расхода топливно-энергетических ресурсов при использовании во всех котлах котельной одного вида топлива и ее работе на режимах с изменяющейся суммарной тепловой нагрузкой путем контроля расхода энергии на привод тягодутьевых машин котлов. Это достигается тем, что при распределении суммарной тепловой нагрузки между котлами, имеющими различные верхние и нижние пределы производительности и различные зависимости их КПД от тепловой нагрузки, дополнительно измеряют среднюю температуру наружного воздуха в течение каждых суток. Определяют тенденцию изменения этой температуры и пуск и остановку котлов производят в такой последовательности во времени, при которой уменьшение величины Σ(3,4Q_I/*36N_I + 4,6^.10^-4Э_I) больше произведения (А - 4^.10^-5./T₃ - T₂/Q_J, где N - количество котлов в котельной

Q_I - тепловая нагрузка I-го котла, МВТ

*98N_I - КПД I-го котла, %

Э_I - мощность, потребляемая приводом тягодутьевых машин I-го котла, кВт

T₁, T₂ и T₃ - температура наружного воздуха соответственно позапрошлых, прошлых и текущих суток, °С

Q_J - максимальная теплопроизводительность пускаемого или останавливаемого котла, МВт

А = 4,6^.10^-4 при T₃ - 2T₂ + T₁/T₃ - T₁ + 0,01*980 и А = 7^.10^-4 при T₃ - 2T₂ + T₁/T₃ - T₁ + 0,01*980. 2 табл.

Первое слагаемое их трех равно секундному расходу топлива в пересчете на условное топливо в целом по отопительной котельной, при этом 0,034 - теоретическое значение удельного расхода топлива на выработку тепловой энергии, кгу.т./ МДж; (jh - фактическая тепловая нагрузка 1-го кот- я|а, МВт; rj - коэффициент полезного действия (КПД) 1-го котла, %, соответствующий его фактической тепловой нагрузке; п - общее количество котлов, установленных в котельной.

Второе слагаемое равно расходу электроэнергии приводом тягодутьевых машин в г1ересчете на секундный расход условного трплива (пересчет осуществляется пропорционально отношению цен на электроэнергию и условное топливо), при этом Э| - Мощность, потребляемая приводом тяго- Дутьевых машин i-ro котла, кВт,

Третье слагаемое равно дополнительному расходу топливно-энергетических ресурсов в пересчете на секундный расход УСЛОВНОГО топлива за счет проведения пус- ko-остановочных операций. Этот дополнительный расход пропорционален максимальной теплопроизводительности пускаемого (останавливаемого) котла

(QfaKC , МВт), а коэффициент К зависит от характера изменения температуры наружного воздуха.

При обеспечении текущей тепловой нагрузки работающими котлами увеличение их числа оправдано только в том случае, когда оперативный прогноз позволяет ожидать понижения температуры, и наоборот, уменьшения числа работающих котлов предпочтительно при ожидаемом повышении температуры. Чем интенсивнее подъем (снижение) температуры наружного воздуха и чем более явно прослеживалась эта тенденция в течение предшествующего периода, тем больше оснований для изменения состава работающих котлов, если при этом достигается снижение суммарного расхода топливно-энергетических ресурсов на выработку требуемого количества тепловой энергии.

10

t3 - 2 t2 + ti т.3 -ti +0,01

О

где ti, 12 и ta - средняя температура наружного воздуха соответственно позапрошлых,

прошлых и текущих суток, а слагаемое 0,01 в знаменателе введено во избежание возможного деления на нуль.

В этом случае изменение состава работающих котлов путем выполнения пуско-остановочных операций нерационально, так

как при ta тз в ближайшее время с большей

вероятностью следует ожидать потепления,

а при t2 ta следует ожидать похолодания.

В случаях, когда знаки первой и второй

производных совпадают, с большей вероятностью следует ожидать дальнейшего изменения температур в прежнем направлении и, следовательно, значение коэффициента К должно быть меньше.

в таких случаях справедливо условие

ts - 2 ta + ti

ta -ti +0,01

0

При прочих равных условиях увеличение абсолютного значения изменения температуры наружного воздуха в течение последних суток, т.е. увеличение абсолютной величины i ta - t2J, делает более целесообразным изменение состава работающих котлов, что выражается в уменьшении значения К.

Таким образом, значения К необходимо определять из соотношения

K A-B-|t3-t2|.

Для определения значений А и В был выполнен комплекс экспериментов, в которых значения А и В изменялись в пределах от до . При таком диапазоне

изменения Аи В 0 К$ 0,01. Для К 0,01 при общей тепловой нагрузке котельной 348 МВт и максимальной теплопроизводительности котла 58 МВт значение третьего слагаемого составляет 0,6 кг ул./с, а первого 13,9 кг у.т./с. В этом предельном случае пуск нового котла или остановка работающего котла могут быть оправданы только повышением КПД в целом по котельной на 4,3%, что примерно равно верхнему пределу реального изменения КПД котлов при изменении тепловой нагрузки.

Эксперименты выполнялись с использованием реальных значений температуры наружного воздуха в отопительных сезонах 1984-85,1985-86. 1986-87 и 1987-88 годов для Архангельска, Москвы, Киева, Днепропетровска и Одессы. Полученные данные обрабатывались в виде функциональной зависимости удельного расхода топлива на выработку тепловой энергии (Ь, кг у.т./ГДж) от значений парных сочетаний А и В. Минимизация величины b обеспечивалась в следующих случаях: гз - 2 t2 4- ti

при

О

t3-ti +0,01

должны выполняться условия А 7-10 В ,

ni t3 - 2 ta + ti при t3-ti+0,01

-4

0 соответственно условия А 4,6-10 , В ,

Таким образом, пуск или остановку котлов при суммарной тепловой нагрузке, обеспечиваемой работающими котлами, следует производить в такой последовательности вс времени, чтобы уменьшение величины

§ (3,4. + 4, i 1

было больше произведения

(A-4.10 5jt3-t2)

где разность ta -12 принимается по абсолютной величине, а значения А указаны.

В табл. 1 приведены данные, характеризующие состав котлов котельной, зависимость КПД котлов и мощности, потребляемой приводом тягодутьевых машин, от фактической теплопроизводитель- ности котлов.

В рассматриваемом примере по состоянию на текущие сутки в котельной работают все котлы за исключением котлов 2 и 6. Температура наружного воздуха (средняя) ,0°C. Средняя температура наружного воздуха прошлых суток t2 -8,3°C, позапрошлых суток ti -13,4°С. Тепловая нагрузка в целом по котельной при температуре наружного воздуха -8,0°С равна 107 МВт.

Обеспечение требуемой тепловой нагрузки (107 МВт) возможно при различном составе работающих котлов.

В табл. 2 приведены два варианта распределения суммарной тепловой нагрузки между котлами. Вариант 1 соответствует то- му составу работающих котлов, который имеет место по состоянию на текущие сутки при распределении суммарной тепловой

нагрузки между работающими котлами, обеспечивающем минимальное значение суммы

5Ј (3.4Qi/fl + 4,6-1 (ИЗО

i 1

Вариант 2, также обеспечивающий требуе- 1f. мую тепловую нагрузку в целом по котельной (107 МВт), отличается от варианта 1 пуском в эксплуатацию котла 6. При этом суммарная тепловая нагрузка также распределяется между работающими котлами та- с ким образом, чтобы значение суммы

Ј (3,4Qi/fl + 4,) i 1

о

20 было минимальным.

Поскольку для варианта 2 первое слагаемое (табл. 2) меньше, чем для варианта 1, а также меньше и сумма первого и второго слагаемых, необходимо решить вопрос це25 лесообразности пуска котла 6, т.е. установить последовательность реализации во времени пуско-остановочных операций.

В соответствии с данными по температуре наружного воздуха, приведенными вы30 ше,

t3-2t2+tt -8,04-2 -8,3 -13,4

гз -ti +0,01

- 8,0+ 13,4+0,01

35 -4,8

О

следовательно, (А - 4-10 |гз - t2l).Qf fMO 4-4-10 51-8,0 + 8.3J ).11,6 0,008. Уменьшение величины

акс

J (3.4.QI/VI +4,6-10 4,3i)

i 1

45

при переходе от варианта 1 к варианту 2 равно 4,139 - 4,091 0,048,

Таким образом, поскольку 0,,008, необходимо осуществить пуск в работу кот0 ла 6 и перераспределить тепловую нагрузку согласно табл. 2 (вариант 2).

В результате будет достигнута экономия топлива по сравнению с вариантом 1 в размере 0,04 кг/с (с учетом изменения рас5 хода электроэнергии приводом тягодутьевых машин), что соответствует при данной тепловой нагрузке снижению удельного расхода топливно-энергетических ресурсов на 0,37 кг у.т./ГДж или на 0,9%, В целом для данной отопительной котельной это эквивалентно годовой экономии топлива в размере около 700 т у.т.

Формула изобретения Способ управления отопительной котельной, имеющей несколько котлов, путем определения верхнего и нижнего пределов производительности котлов и зависимости их коэффициента полезного действия от тепловой нагрузки и распределения сум- м рнойтепловой нагрузки котельной между котлами до достижения минимума удельного расхода топлива на выработку тепловой энергии, отличающийся тем, что, с ц0лью уменьшения удельного расхода топливно-энергетических ресурсов при исполь- зовании во всех хотлах котельной одного вида топлива и ее работе на режимах с из- мфняющейся суммарной тепловой нагруз- к0й путем контроля расхода энергии на привод тягодутьевых машин котлов, допол- нйтельно определяют мощность, потребля- тягодутьевымуз машинами каждого к(, измеряют среднюю температуру наружного воздуха в течение каждых суток работы котельной, среднюю температуру наружного воздуха текущих суток сравнивают со средней температурой наружного воз- духа прошлых и позапрошлых суток, определяют тенденцию изменения темпе- р|зтуры наружного воздуха и соответствую- Цих ей изменений суммарной тепловой

Таблица I

Яавнсг&етсть ЮЩ C), Z, я мощности, потрабляемой приводом тягодутьевки маюни, (3), кВт от теплопроводности котла (Q) МВт

20,9

22,3 6,98

нагрузки котельной, связанных с необходимостью пуска или остановки котлов, и производят пуск или остановку котлов в такой последовательности во времени, при которой уменьшение величины

J (3, + 4,.3i)

i 1

больше произведения

(A-4.10 |t3-t2|). , где п - количество котлов в котельной;

QI - тепловая нагрузка 1-го котла, МВт; tjr коэффициент полезного действия 1-го котла в процентах;

3i - мощность, потребляемая приводом тягодутьевых машин 1-го котла, КВт;

ti, t2 и t3 - средняя температура наружного воздуха соответственно позапрошлых, прошлых, и текущих суток,°С

Максимальная теплопроизводи- тельность пускаемого или останавливаемого котла, МВт, а коэффициент А определяют последующим

t3 2 t2 + t1

соотношениям при

-4

А ЛбИОЛ при .

ta ti -f 0,01 ta - 2 t2 + ti

0

ts-ti +0,01

О А

8025,6

62,5 30,9 219,3

9387,2

90,в 75 93,4 23,6

34,9 91,495

Таблица 2