Математичне моделювання одногрупового газогідравлічного тракту допоміжних механізмів парового котла теплової електричної станції

Abstract

В роботі запропоновано алгебраїчні математичні моделі відцентрових механізмів, що працюють в газогідравлічному тракті парового енергетичного котла. Такі моделі будуються на основі апроксимації залежності напору від продуктивності, величини обертів лопаток механізмів, кута установки направляючого апарату по експериментальним або чисельним даним методом найменших квадратів. Розглянуто різні схеми сумісної роботи відцентрових механізмів в газогідравлічних трактах теплових електричних станцій, для яких пропонуються показники ефективності при різних способах їх регулювання. Рівняння стану розгалуженого газогідравлічного тракту в задачі аналізу його ефективності, при роботі на мережу, отримано із використанням аналогів законів Кірхгофа. Приведено алгоритми для реалізації чисельних методів в задачі знаходження оптимальних параметрів керування групою відцентрових механізмів. Досліджено особливості математичних моделей груп із паралельним, послідовним та змішаним включенням допоміжних механізмів з різними напірними характеристиками в систему забезпечення роботи енергетичного котла. Поставлено та вирішено задачу знаходження оптимальних параметрів керування механізмами при різних паропродуктивностях котла. Показано, що для живильного насосу найбільш ефективним способом регулювання є індивідуальний частотний привід, а для тягодуттьових механізмів – групове частотне регулювання. Для типового літнього місяця, з відомим графіком споживання електричної енергії на власні потреби, показано, що впровадження енергоефективних способів регулювання продуктивності відцентрових механізмів станції дає економію електричної енергії в системі на рівні 10,69 %.

The paper presents algebraic mathematical models of centrifugal mechanisms that operate in the power boiler gas-hydraulic circuit. The models have been built by means of head-flow curve approximation. The head-flow curve depends on the centrifugal mechanism blade rotating speed and guide vane angle. The least squares method has been applied for centrifugal mechanism head-curve approximation on the basis of experimental or numerical data. Different configurations for the connections of centrifugal mechanisms in the power boiler gas-hydraulic circuit have been considered, relationships for their performance assessment obtained, and efficiency factors for various methods of their capacity control introduced. The state equation for a complex gas-hydraulic network in the problem of its efficiency analysis has been obtained with application of Kirchhoff laws. Numerical algorithms have been developed to solve group control parameter optimization problems for the considered connections of centrifugal mechanisms. Features of mathematical models for groups of series-, parallel- and complex-connected centrifugal mechanisms with different head curves in the power boiler maintenance system have been specified. An optimal group control problem for a group of centrifugal mechanisms has been formulated and solved under various power boiler modes. For the feed pumps, individual frequency control proves to be the most effective method, while for the boiler draft mechanisms group frequency regulation turns out to be the most efficient. In a typical summer month, implementation of energy-efficient centrifugal mechanism capacity regulation method in a Thermal Power Plant is shown to result in auxiliary electricity consumption reduction by 10.96 % as compared with available actual data.