Р.Ю. Рожков, заступник головного інженера по режимам теплопостачання,
ВАТ «Тепломережа Санкт-Петербурга»
Пропонований нормативними документами метод регулювання температури мережної води, що відпускається від колекторів енергоджерел в теплові мережі, грунтується на щоденному регулюванні два рази на добу температури мережевої води слідом за зміною поточної температури зовнішнього повітря в суворій відповідності до затвердженого температурного графіка.
Такий метод регулювання (назвемо його традиційним) має ряд недоліків.
# 9632; Постійні зміни температури мережевої води з амплітудою 5 ÷ 15 О С, а в ряді випадків і більш, навіть якщо вони виконуються з нормативної швидкістю - менше 30 Про С за годину, є фактором стресового впливу на трубопроводи теплових мереж і тим самим призводять до зниження їх експлуатаційного ресурсу. Це виражається в підвищенні пошкоджуваності теплових мереж, ще не виробили нормативний термін експлуатації.
# 9632; Для енергоджерел з комбінованою виробленням електричної і теплової енергії (ТЕЦ) часті зміни температури теплоносія несумісні із завчасним плануванням електричного навантаження. Тому для такої енергопостачальної організації традиційний метод регулювання теплоотпуска неминуче буде супроводжуватися матеріальним збитком через штрафних санкцій за порушення планів по електричної виробленні, або через роботи теплофикационного обладнання ТЕЦ в економічно невигідному режимі.
Пропонована методика регулювання температури мережної води, що відпускається від енергоджерела на теплопостачання споживачів, базується на двох принципах.
1. Прагнення забезпечити виконання умови: сумарна теплова енергія, що передається від енергоджерела по теплових мережах споживачам тепла за період часу рівний 6-ти діб, повинна бути максимально близька до величини нормативного розрахункового теплоотпуска за цей період, яка визначається, як теплова енергія, що передається споживачам при щодобовому регулювання температури мережної води за поточною середньодобовій температурі зовнішнього повітря відповідно до затвердженого температурного графіка. При цьому в кожні окремі добу встановленого інтервалу часу температура мережної води може відрізнятися від розрахованої згідно з температурним графіком для погодних умов саме цієї доби.
2. Прагнення зробити регулювання температури теплоносія якомога більш плавним, тобто зменшити частоту і амплітуду її коливань.
Введемо позначення: i - номер доби розглянутого в методиці шестиденного інтервалу часу, причому:
i = 0 відповідає дню, коли виконується розрахунок температурного завдання;
i = -1 і i = -2 - днях, попереднім виконання розрахунку;
i = 1 - день планування температурного режиму;
i = 2 і i = 3 - дні, наступні за днем планування режиму.
Відповідно до цього величину середньодобової температури мережної води, що відпускається від енергоджерела по подає трубопроводах тепломагістралей в i-ту добу розглянутого інтервалу, позначимо: T i 1. а середньодобове значення температури зовнішнього повітря
за цю добу: t i нв. причому на увазі, що:
T -2 1. T -1 1, T 0 1 - фактичні значення середньодобової температури теплоносія за два дні, що передують розрахунку і фактичне температурне завдання на день виконання розрахунку;
T 1 + 1 - розраховується за пропонованою методикою на день планування температурного режиму температура мережної води, яку передбачається підтримувати на вихідних колекторах енергоджерела протягом 3-х наступних діб;
t -2 нв. t -1 нв - фактичні значення середньодобової температури зовнішнього повітря за два попередніх дня;
t i нв при i = 0, 1, 2, 3 - прогноз Гідрометцентру по середньодобовій температурі зовнішнього повітря на поточний день і троє наступної доби.
При побудові розрахункового алгоритму використовуються наступні вихідні функціональні залежності:
# 952; 1 (tнв) - визначає розрахункову залежність температури мережевої води T1 від температури зовнішнього повітря (tнв) за затвердженим для розглянутого енергоджерела температурним графіком (в якості прикладу на рис. 1 представлений температурний графік роботи більшості теплоджерел ВАТ «ТГК-1») ;
# 952; 2 (tнв) - визначає розрахункову залежність «зворотної» температури мережевої води Т2 (повертається на ТЕЦ від споживачів тепла) від температури зовнішнього повітря tнв за умови підтримки Т1 відповідно до затвердженого для розглянутого енергоджерела температурним графіком.
Сформульовані принципи методики регулювання температури мережної води (T1) можна уявити в математичному вигляді, як прагнення до мінімізації наступного функціоналу:
де Q i ФП - фактична, або прогнозована величина теплоотпуска від енергоджерела в теплові мережі в залежності від значення індексу i, а саме:
для i = -2, -1 - фактичний теплоотпуск від розглянутого енергоджерела за i-е добу періоду, що передує дню проведення розрахунку;
для i = 0 - прогнозований теплоотпуск від розглянутого енергоджерела за поточну добу (i = 0) з урахуванням вже встановленого на ТЕЦ завдання по температурі мережної води (Т ° 1);
для i = 1, 2, 3 - прогнозований теплоотпуск від розглянутого енергоджерела за i-е добу триденного періоду, наступного за днем розрахунку планованого температурного режиму, за умови виконання спланованого завдання протягом усього цього інтервалу, тобто
T2 i - зворотна температура теплоносія, відповідна температурі зовнішнього повітря tнв при підтримці в трубопроводі, що подає температури T1 i. яка розраховується за формулою:
Q l розрахунок - розрахункова величина необхідного теплоотпуска від енергоджерела в i-ту добу розглянутого періоду, обчислена за затвердженим температурним графіком за заданих значеннях t i нв:
¯T1 - температура стабілізації, тобто значення T1. поблизу якого передбачається стабілізувати температуру теплоносія, щоб зробити регулювання температурного режиму по можливості плавним. Пропонується в якості ¯Т1 в розрахункові формули підставляти значення завдання по температурі мережної води в день планування (Т °), тоді другий член у формулі (1) буде висловлювати прагнення зберегти температуру теплоносія на майбутній день регулювання незмінною.
QГВС - навантаження гарячого водопостачання, Гкал / год.
G2 - циркуляційний витрата теплоносія, т / год.
c = 10 -3 - питома теплоємність мережної води, Гкал / (град.т).
При побудові алгоритму розрахунку приймаються наступні допущення:
1. Навантаження гарячого водопостачання постійна, не залежить від Т1 і tнв і дорівнює розрахункової середньодобовому навантаженні ГВП - Qгвс.
2. Циркуляційний витрата теплоносія є величиною незмінною і дорівнює розрахунковій величині G2.
Умова мінімуму функціоналу Ф:
Підставляючи в це рівняння формулу (1) отримаємо рівняння:
Для спрощення подальших перетворень введемо наступне позначення:
Опускаючи подальші перетворення рівняння (6), наведемо підсумкове вираз для розрахунку T 1 + 1:
Т.ч. ця формула дозволяє розрахувати завдання по температурі мережної води на наступну добу, використовуючи такі вихідні дані: про фактичні погодні умови і температурі мережної води за попередні 2 доби, фактичне завданні по температурі мережної води на поточну добу і прогнозі Гідрометцентру на поточний день і троє наступної доби .
Практичне використання даної методики передбачає, що розрахунок температурного режиму на наступний період регулювання (тривалістю три доби) виконується щодня о 13:00, після отримання прогнозу Гідрометцентру про погоду на наступний тиждень. Однак фактична коригування температурного завдання виконується тільки в тому випадку, якщо результат розрахунку вимагає зміни температури теплоносія на величину більше 2 Про С.
З порівняння графіків зміни температури теплоносія при двох альтернативних методах регулювання теплоотпуска стає очевидним, що традиційний метод регулювання призводить до необхідності значно більш частих і різких змін температури теплоносія. Так число днів в опалювальному сезоні, коли потрібно змінювати температуру теплоносія більш ніж на 5 О С, при традиційному методі регулювання становить: 65, причому максимальна амплітуда добового зміни температури досягає 18 Про С! У разі застосування пропонованої методики плавного регулювання теплоотпуска амплітуда добового зміни температури протягом всього опалювального сезону не перевищує 4,4 Про С. Очевидно, що такий режим роботи теплових мереж з експлуатаційної точки зору є більш привабливим.
При розробці алгоритму розрахунку зміни температури усередині опалювальних будівель використовувалися наступні спрощують припущення:
# 9632; температура зовнішнього повітря (tнв) змінюється стрибкоподібно від одного середньодобового значення до іншого;
# 9632; температура теплоносія в процесі регулювання теплоотпуска (Т1) також змінюється стрибкоподібно один раз на добу (одноразово з tнв).
Тоді зміна температури усередині опалювальних будівель (tвп) протягом доби (в проміжку між двома послідовними стрибкоподібними змінами tнв і Т1) описується наступною математичною залежністю:
де tвп - поточна температура всередині будівлі після вихідного стрибкоподібного зміни tнв до величини t 0 нв і Т1 до T 0 1;
t 0 вп - температура всередині будівлі, що встановилася до оскільки він розглядався моменту стрибкоподібної зміни температури зовнішнього повітря і теплоносія, які протягом всіх наступних діб залишаються постійними, рівними: t 0 нв і Т ° 1 відповідно;
# 964; - поточний час, що минув з моменту початкового стрибкоподібного зміни температури зовнішнього повітря;
# 964; 0 - час, що характеризує «швидкість» переходу до нового сталому режиму (яка акумулює здатність будівлі), яка приймається рівною 36 годин;
# 8710; tстац - зміна температури всередині будівлі в разі переходу до нового сталому режиму, тобто за умови, що температурний режим після «вихідного» стрибка температури в подальшому залишиться незмінним.
Для розрахунку цієї величини можна запропонувати наступну формулу:
tнв розр = -26 О С - розрахункова температура зовнішнього повітря;
tвп розр = + 18 О С - розрахункова температура всередині опалюваних будівель;
T 0 3. T 0 2 - температура теплоносія на вході і виході з опалювальної системи опалювального будівлі, відповідні встановленої в теплових мережах T 0 1 при температурі зовнішнього повітря t 0 нв (розраховуються на підставі затвердженого температурного графіка);