Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптимизация источников теплоты и систем теплоснабжения. Учебное пособие для обучающихся направления подготовки 08.06.01 «Техника и технология строител
.pdf
41
ГВГВЭЛ
Р
ГВ
ГВ
ЦИР
nmZNИ
=
1
, руб., (46)
где
i
СН
N
,
i
РН
N
,
i
СМ
N
– относительные значения потребляемой мощности,
соответственно, сетевыми и рециркуляционными насосами в котельной и
смесительными на тепловом пункте на i-диапазоне, кВт;
Р
СМ
N
– расчетная мощность смесительных насосов для систем отопления на
тепловом пункте, кВт;
ZЭЛ – замыкающие затраты на электроэнергию, руб/(кВтчас);
ОТ
n
, и
ГВ
n
– продолжительность работы систем отопления и горячего
водоснабжения в году, ч;
ГВ
– относительная продолжительность циркуляционного режима для
систем горячего водоснабжения.
Ежегодные издержки на химводоподготовку подпиточной воды приведены в
формуле (47)
ХВОХВОХВО
VZИ =
, руб., (47)
где
ХВО
V
– количество подпиточной воды в системе теплоснабжения, м3/год;
ХВО
Z
– удельные расходы на химводоподготовку подпиточной воды, руб/м3.
Ежегодные издержки на обслуживание приведены в формуле (46)
( )
МСТСКЗП
Р
сис
МС
обс
ТС
обс
К
обсобс
ПППвQИИИИ ++=++= 27,1
, руб., (48)
где ПК, ПТС, ПМС – штатные коэффициенты по эксплуатационному персоналу
для котельных, тепловых сетей и местных систем теплопотребления, чел./кВт;
ЗП
в
– среднегодовая заработная плата одного работника эксплуатационной
службы для системы теплоснабжения, руб./год [31].
42
2.3 Методика, алгоритм программы оптимизации технико-
экономических параметров систем теплоснабжения
Актуальность расчетов систем теплоснабжения определяется, прежде всего,
согласно проекту Закона «О теплоснабжении», необходимостью создания схем
теплоснабжения поселений. Задача подробного технико-экономического анализа
систем теплоснабжения возникает с одной стороны в связи со сложным
устройством самих исследуемых систем, а с другой - со стремлением как можно
точнее оценить финансово-экономические и технические показатели их работы
для создания систем, обеспечивающих наиболее экономичное бесперебойное
теплоснабжение.
С учетом комплексной оптимизации основных параметров и факторов была
составлена структурная схема для определения полных приведенных затрат в
соответствии с рисунком 2.1.
Все составляющие структурной схемы выражены в виде расчетных формул
(5…47) с граничными значениями их управляемых параметров и факторов.
Программа составлена таким образом, что определяющим фактором является
выбранная система теплоснабжения: либо от ТЭЦ, либо от районной или местной
котельной, либо для индивидуальной системы, зависящей от числа жителей,
параметров теплоносителя и продолжительности работы системы за год.
Суммарные приведенные затраты сравниваемых вариантов позволяют
оптимизировать системы теплоснабжения. Это является основным критерием для
определения степени повышения эффективности эксплуатации и
ресурсосбережения для вновь проектируемых систем теплоснабжения, так и при
их реконструкции.
43
Рисунок 2.1 – Структурная схема по определению минимума приведенных затрат
с учетом комплексной оптимизации основных параметров
2.4 Основные параметры и факторы, влияющие на эффективность
работы систем
Для решения задачи комплексной оптимизации необходимо выбрать из
общего числа только те факторы и параметры, которые наиболее существенно
влияют на экономичность систем теплоснабжения. Их можно ввести в верхний
уровень системы задач комплексной оптимизации параметров систем
теплоснабжения. Анализ значимости отдельных факторов и параметров
44
необходим, не только для их учета при комплексной оптимизации, но и для
определения точности задания исходных данных.
При расчете системы теплоснабжения общее число независимых факторов и
параметров в нашем случае составило около 110. С использованием
математической статистики, регрессивным анализом удалось оценить значимость
каждого параметра и фактора.
Для анализа влияния различных факторов и параметров принята линейная
математическая модель приведена в формуле (49)
=
+=
k
i
ii
XП
1
0
, (49)
где
0
– свободный член уравнения регрессии;
i
– коэффициент при i-факторе или параметре;
Х
i
– значения фактора или параметра, влияющего на величину приведенных
затрат П.
Ввиду того, что
i
i
i
Х
П
=
, то из формулы (49) можно получить выражение
для пофакторного анализа степени влияния отклонений отдельных факторов и
параметров от принятых, например, средних их значений на относительные
изменения приведенных затрат, приведенных в формуле (50)
i
i
Зi
i
i
Х
ПХ
П
П
=
1
, (50)
где
З
iЗ
i
П
ППП−
=
– модуль относительного изменения приведенных
затрат при отклонении i-фактора или параметра;
П
З
– величина приведенных затрат при принятых значениях факторов или
параметров;
i
Х
– модуль максимального возможного отклонения i-фактора или
параметра.
45
Для каждого параметра или фактора были определены допустимые
граничные уровни, переменные составляющие приведенных затрат и выражения
для их частных производных.
Подставляя средние значения факторов и параметров, определяли величины
правой части формулы (50), по которым и оценивали степень влияния факторов и
параметров.
В результате анализа были выявлены несущественные факторы и параметры,
отклонения которых вызывают незначительные изменения приведенных затрат
(не более 1%).
Число существенных параметров и факторов при этом уменьшилось до 34.
Для качественной оценки минимума полных приведенных затрат удобно
разместить параметры и факторы в соответствии с таблицей 2.1 по их значимости.
Для определения минимума приведенных затрат была разработана
программа расчета на ЭВМ, согласно структурной схеме в соответствии с
рисунком 2.1 и таблицей 2.1, основных значений параметров, определяющих
эффективность работы выбранного варианта системы теплоснабжения [32].
Программа расчета на ЭВМ, а также результаты расчетов по оптимизации
теплоснабжающих систем и установок приведены в приложении А.
Результаты расчетов с использованием этой программы дают возможность
определить границы минимальных приведенных затрат для различных схем
присоединения систем теплоснабжения от ИТП с ПАУ для зависимых и
независимых систем отопления и горячего водоснабжения.
Таблица 2.1 – Значения основных параметров, определяющих эффективность
работы теплоснабжающих систем
№
п/п
Параметр или фактор
Размер-
ность
Варианты системы
ТЭЦ с
ЦТП
ТЭЦ с
ИТП
РК с
ЦТП
РК с
ИТП
РК с
ИТП и
БА
РК с
ИТП и
ПАУ
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1
Число жителей, m
тыс. чел.
100…
…500
100…500
20…100
20…100
2…50
2…50
2
Удельная тепловая
мощность, приходящаяся
на одного человека, q
кВт/чел.
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
46
Продолжение таблицы 2.1.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
3
Суммарная тепловая
мощность, Q
МВт
250…
…1250
250…
…1250
50…250
50…250
5…125
5…125
4
О
М
ГВ
QQ /=
µ
0,3…1,0
0,3…1,0
0,3…1,0
0,3…1,0
0,3…1,0
0,3…
…1,0
5
Температура
теплоносителя, 1
С
110
110
110
110
110
110
6
То же, 2
С
55
55
55
55
55
55
7
То же, 3
С
82,5
82,5
82,5
82,5
82,5
82,5
8
Удельные капвложения в
источник на единицу
тепловой мощности, К
ист
руб/кВт
1200
1000
800
600
600
500 9 То же, в тепловые
сети, К
ТС
руб./кВт
600
360
500
300
300
200
10
То же, в тепловые
пункты, К
ТП
руб./кВт
950
550
650
450
450
350
11
То же, в местные
системы, К
МС
руб./кВт
280
250
260
250
250
200
12
Доли ежегодных
отчислений, f
ист
год
–1
8 7 6 6 6 6
13
То же, fТС
год
–1
7,6 5 5
4,5
4,5
4
14
То же, fТП
год
–1
8
6,5
6,5
5,5
5,5
5
15
То же, fМС
год
–1
7,5
6,5 7 6 6 6
16
Нормативный
коэффициент, ЕН
год
–1
8 8 8 8 8 8
17
Удельный расход
топлива, в
к
г/кДж
35…100
35…10
150…
…200
150…
…200
150…
…200
150…
…200
18
Затраты на топливо, Z
топл
руб/т.у.т
300
300
300
300
300
300
19
Число ЦТП, m1
штук
10…50
-
2…10 - -
-
20
Число ИТП, m2
штук
-
100…500
-
2…100
2…50
2…50
21
Длительность работы
системы, n
1
ч/год
8400
8400
8400
8400
8400
8400
22
Коэффициент
разветвленности сети, æ
æ
1,65
1,5
1,65
1,5
1,5
1,5
23
Затраты на
электроэнергию, Z
ЭЛ
руб/
/(кВтч)
0,05
0,05
0,15
0,15
0,15
0,15
24
Длительность работы
отопления, n0
ч/год
3000…
…5000
3000…
…5000
3000…
…5000
3000…
…5000
3000…
…5000
3000…
…5000
25
Длительность работы ГВ,
nГВ
ч/год
8400
8400
8400
8400
8400
8400
26
Коэф. длит. циркуляции,
µГВ
ГВ
0,4…0,6
0,3…0,5
0,4…0,6
0,3…0,4
0,3…0,4
0,2…
…0,3
27
Количество подпитки,
V
ХВО
м3/год
5,2510
5
…
26,25105
5,2510
5
…
26,25105
1,0510
5
…
5,25105
1,0510
5
…
5,25105
0,1110
5
…
2,63105
0,1110
5
…
2,63105
28
Удельные расходы на
ХВО,
ХВО
руб/м3
5 5 4 4 3
3
47
Продолжение таблицы 2.1.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
29
Штатные коэффициенты,
ПК
чел/МВт
0,8
0,8
0,6
0,5
0,5
0,4
30
То же, ПТС
чел/МВт
0,8
0,6
0,6
0,5
0,5
0,4
31
То же, ПМС
чел/МВт
0,75
0,75
0,7
0,7
0,7
0,7
32
Среднегодовая зарплата,
вЗП
руб/год
5000
5000
4200
4200
4200
4200
33
Число трубопроводов в
теплосети, nтр
шт. 4 2 4 2 2 2
34
Потери тепловой
мощности, Q
ТП
МВт
12,5…
…62,5
6,25…
…31,25
2,5…
…12,5
1,25…
…6,25
0,125…
…3,125
0,125…
…3,125
Результаты расчетов с использованием этой программы дают возможность
определить границы минимальных приведенных затрат для различных схем
присоединения систем теплоснабжения от ИТП с ПАУ для зависимых и
независимых систем отопления и горячего водоснабжения.
2.5 Определение области рационального использования различных
систем теплоснабжения от ЦТП и ИТП
Определение области рационального использования различных систем
теплоснабжения осуществлено при помощи основных управляемых параметров,
применение которых позволило рассмотреть множество различных вариантов
водяных систем теплоснабжения и, при необходимости, сопоставить их друг с
другом для определения оптимального варианта. Кроме того, рассматриваются
системы теплоснабжения, как от источников централизованного, так и
децентрализованного теплоснабжения с ЦТП или ИТП [28].
В качестве источников для систем централизованного теплоснабжения
приняты ТЭЦ или крупные РК с ЦТП и ИТП, а также двухтрубной и четырехтрубной внутриквартальной тепловой сетью. Для решения этой задачи была
разработана программа расчета, определяющая оптимальный вариант системы
теплоснабжения по минимуму суммарных приведенных затрат. Основными
управляемыми параметрами является: расчетные параметры теплоносителя в
тепловой сети и местных абонентских системах отопления, вентиляции и горячего
48
водоснабжения; продолжительность работы системы, ч/год; число жителей
района или здания, чел.; суммарное потребление тепловой мощности, МВт.
Для расчета затрат систем теплоснабжения алгоритм программы приведен в
приложении А.
Для анализа результатов расчета получены паспорта оптимальных вариантов,
которые определены на основании программы, приведенной в приложении Б.
При централизованном теплоснабжении от ТЭЦ с ИТП экономичность
системы зависит от числа жителей района, основные показатели расчетов в
соответствии с таблицей 2.2.
Анализ показателей технико-экономических расчетов, подтверждает тот
факт, что система теплоснабжения от ТЭЦ с ИТП в большинстве случаев
экономичнее и только при суммарной тепловой нагрузке района с числом
жителей более 400 тыс. человек, системе теплоснабжения от ТЭЦ с ЦТП дается
предпочтение, т.к. приведенные затраты будут снижаться из-за разветвленности
сети.
Если теплоснабжение осуществляется от крупной котельной для района с
населением от 20 до 100 тыс. человек, то система теплоснабжения с
индивидуальными тепловыми пунктами во всех случаях экономичнее, чем с
ЦТП [31].
Таблица 2.2 – Результаты расчета из паспортов оптимального варианта
(приложение Б)
Показатели
Число жителей, тыс. чел.
100
200
300
400
500
ТЭЦ с ИТП
ТЭЦ с ЦТП
1. Приведенные затраты,
тыс. руб./год
145372
678749
1512910
2662622
4097845
2. Удельная тепловая мощность,
приходящаяся на одного жителя,
кВт/чел.
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
3. Суммарная тепловая мощность,
МВт
250
500
750
1000
1250
4. Число тепловых пунктов, шт.
114
228
385
543
60
5. Количество подпитки на ХВО,
тыс. м3/год
1000
2325
3650
4975
10000
6. Потери тепловой мощности, МВт
3,8
7,6
11,4
15,2
38
49
Если теплоснабжение осуществляется от крупной котельной для района с
населением от 20 до 100 тыс. человек, то система теплоснабжения с
индивидуальными тепловыми пунктами во всех случаях экономичнее, чем с
ЦТП [31].
В соответствии с таблицей 2.3 видно, что при теплоснабжении от РК с ИТП
приведенные затраты для района с населением 100 тыс. человек в 11 раз больше,
чем при теплоснабжении от ТЭЦ с ИТП. Это объясняется увеличением
численности ИТП с 114 до 150 и оптимизацией управляемых параметров в
зависимости от системы теплоснабжения при одном и том же числе жителей в
районе.
Что касается систем теплоснабжения от ИТП с ПАУ для независимых систем
отопления и горячего водоснабжения при помощи трехконтурных
теплообменников, размещенных в аккумулирующей емкости ПАУ, то они
экономичнее аналогичных систем от ИТП при раздельной установке
теплообменников и баков-аккумуляторов горячей воды. Основные результаты
расчетов таких систем приведены по данным приложения Б в соответствии с
таблицей 2.4.
Таблица 2.3 – Результаты технико-экономических расчетов из приложения Б
Показатели
Число жителей, тыс. чел.
20
40
60
80
100
РК с ИТП
1
2 3 4 5 6
1. Приведенные затраты,
тыс. руб./год
133206
436295
785896
1182599
1627054
2. Удельная тепловая мощность,
приходящаяся на одного
жителя, кВт/чел.
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
3. Суммарная тепловая
мощность, МВт
50
100
150
200
250
4. Число ИТП, шт.
25
49
83
116
150
5. Количество подпитки на ХВО,
тыс. м3/год
200
400
600
800
1000
6. Потери тепловой мощности,
МВт
1,25
2,5
3,75
5,0
6,25
50
Использование программы с учетом комплексной оптимизации управляемых
параметров дает возможность оптимизировать систему теплоснабжения по
минимуму приведенных затрат для конкретных условий эксплуатации, для этого
необходимо ввести в программу номер сравниваемого варианта, число жителей,
расчетные параметры теплоносителя и продолжительность работы системы
теплоснабжения за год.
Сравнительный анализ различных схем теплоснабжения по приведенным
затратам позволил определить область и границы их рационального
использования
Рекомендации по проектированию ИТП, материалы по выбору и
применению оборудования, контроля и учета тепла, способов обработки воды,
методика расчета ПАУ, объемно-планировочные и конструктивные решения
отражены в специальном руководстве по проектированию индивидуальных
тепловых пунктов для систем отопления и горячего водоснабжения [15].
Таблица 2.4 – Результаты расчетов ИТП с комбинированными ПАУ и
трехконтурными водонагревателями для систем ОВ и ГВ (из приложения Б)
Показатели
Число жителей, тыс. чел.
2
10
20
30
40
50
РК с ИТП
1
2 3 4 5 6
7
1. Приведенные затраты,
тыс. руб./год
12801
116573
261870
424561
604942
802519
2. Удельная тепловая
мощность, кВт/чел.
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
3. Суммарная тепловая
мощность, МВт
5
25
50
75
100
125
4. Число ИТП, шт.
4
13
28
42
56
70
5. Количество подпитки на
ХВО, тыс. м3/год
42
201,7
401,3
600,8
800,4
1000
6. Потери тепловой мощности,
МВт
0,125
0,625
1,25
1,875
2,5
3,125
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]