Практична цінність проведеного дослідження

1.  Практична цінність проведеного дослідження

Даний спосіб дослідження визначення товщини шаруючи відкладення в трубках конденсатора був використаний і знайшов широке застосування на діючих блоках 300Мвт Змієвської та Зуєвської ТЕС і блоках 1000 МВт Запорізької АЕС, і показав свою практичну ефективність

4.7 Вплив надійності теплоенергетичних систем ТЕС на загально станційні показники надійності, економічності й екологічності

Надійність - це властивість об'єкта виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники продуктивності, економічності, рентабельності й інші в заданих межах в теченії необхідного проміжку часу або необхідного наробітку. Для стаціонарних теплоенергетичних установок, що представляють собою великі малосерійні ремонтовані вироби з більшим терміном служби, поняття надійності можна інтерпретувати, як властивість відпускати не збережену продукцію (енергію) по строго заданому режимі, при цьому зберігаючи експлуатаційні показники в заданих межах протягом необхідного тривалого наробітку [1].

Як відомо, до числа основних властивостей теплоенергетичних установок, їхніх агрегатів і елементів устаткування можна віднести наступні: безвідмовність, довговічність, справність, несправність, працездатність, непрацездатність, граничний стан.

Для характеристики надійності роботи енергетичного (ТЕС і АЕС) об'єкта, як правило використають наступні поняття:

ушкодження - подія, що полягає в порушенні справності системи її підсистем і елементів, внаслідок впливу зовнішніх впливів, що перевищують рівні, установлені в нормативно-технічній документації на об'єкті;

відмова - подія, що полягає в порушенні працездатності енергоблоку, внаслідок несправності підсистеми (котельні або турбінної установок), елементів ( конденсатор, насоси, підігрівники й т.д.).

Відмови можуть бути повні й часткові. Після виникнення повної відмови підсистеми або елемента, енергоблок відключається. Після виникнення часткової відмови енергоблок може залишатися в роботі, але з меншою ефективністю.

Надійність теплоенергетичної установки й вхідних у неї елементів у принципі можна визначити безліччю кількісних показників, у тому числі коефіцієнтом готовності Кг. Коефіцієнт готовності - це імовірність, того що енергоблок або його елементи виявляться працездатними, тобто готовими нести проектне навантаження в довільний момент часу, крім періодів його планових зупинок

При порядку обслуговування, що передбачає негайний початок відновлення об'єкта, що відмовив, для визначення коефіцієнта готовності може бути застосована формулі:

К_г = , (4.35)

де ₀ – наробіток на відмову (середнє число годин безвідмовної роботи) год;

_в – середній час відновлення працездатності, у результаті повного N_э =0, або часткового відмов, N>0, ч.

Використаний у практиці аналізу надійності енергоустаткування коефіцієнт готовності К_г – ураховує тільки повні відмови й не відбиває часткових відмов.

Як показує досвід багаторічної експлуатації найбільш характерними, є часткові відмови

Для визначення величини часткової відмови, що приводить до недовиробітку електроенергії можна використати, коефіцієнт часткової відмови К_ч [1]

К_ч=  , (4.36)

де:

Э – річна не довідпуска електроенергії, через часткові відмови, кВт год;

Э_о - плановий річний виробіток електроенергії, кВт год;

N_эч – не довидача потужності внаслідок відмови, кВт;

- тривалість відмови, година;

N_эо – проектна потужність, кВт;

 - проектне число годин роботи, година.

Приклад 1:

Для енергоблоків 300 МВт

N_эо = 300*10³ , кВт,

 = 5*10³ година,

N_эч = 50*10³ кВт,

 = 1*10³ година

К_ч =0,033, К_г = 0,83

Коефіцієнт часткової відмови, що приводить тільки до погіршення техніко - економічних показників ТЕУ (теплоенергетичних установок), може бути визначений по формулі (4.43)

 ,  (4.37)

де:

∆B - перевитрата палива, внаслідок відмови, кг;

В₀ – повну планову витрату, кг;

 - питома витрата палива при частковій відмові, кг/кВт год;

 - планова питома витрата, кг/кВт год;

 - тривалість відмови й проектне число годин роботи в році, відповідно, година;

 - не довидача потужності внаслідок відмови й проектна потужність, кВт.

Приклад 2:

Визначити величину часткової відмови К_еЧ і перевитрата палива , для наступних параметрів: =0,400г/кВт год; =0,30 кг/кВт год, N_эч,N_эо, ,  - див. приклад1

кг = 4.5 т

Глибина часткової відмови визначається не тільки часток зниження потужності установки  через відмову якого-небудь елемента, але й режимом навантаження енергоблоку за період усунення відмови. У випадку постійного навантаження значення не довідпустки енергії визначається з вираження:

, (4.38)

Якщо ж заданий змінний графік навантаження N(t), то його необхідно апроксимувати східчастою функцією, а значення  визначається як сумарне:

 (4.39)

де  - потужність, що недодає на j-м прямолінійній ділянці апроксимованого ступінчастого графіка [кВт]; - час, протягом якого навантаження на j-м ділянці прийнята постійної, тобто N_j=const. За час =(Т_ч- Т) триває відновлення елемента, що викликали часткову відмову, але комплекс повністю забезпечує заданий графік навантаження й недовиробіток відсутня.

В відповідності зі сказаним показники надійності й витрати повинні визначаться з обліком повних і часткових відмов комплексу.

Як було сказано вище, відмови впливають на техніко - економічні показники енергоблоку, які залежать від ККД.

Для оцінки впливу часткової відмови на ККД ТЕУ скористаємося формулою

ККД ТЕС, АЕС, або енергоблоку ή_с яка має вигляд [2]:

, (4.40)

де:

_ку -ККД котельні установки;

 - ККД транспорту;

 - ККД турбоустановки;

 - ККД генератора;

- частка витрати електроенергії на власні потреби.

Зниження ККД внаслідок відмови, можна визначити, як різниця:

, (4.41)

де: - проектний ККД, при номінальних навантаженнях(N_Э0);

 - ККД при частковій відмові (ΔN_ЭЧ).

Відомо, що ККД можна визначити й за допомогою рівняння енергетичного балансу [2]

 , (4.42)

де

N_эо – проектна потужність, кВт.

 - теплота палива, що спалює, кДж/кг;

В - проектна годинна витрата палива, кг/год;

Q_Н^Р – теплота згоряння палива, що спалює, кДж//кг.

Приклад 3:

N_Э0=300*10³ кВт, Q_Н^Р=Q=29,3*10³ кДж/кг,

В=99*10³ кг/год, =0,37.

ККД при частковій відмові може бути визначений з урахуванням формули (9) (для потужності N_эч<N_эо),

 (4.43)

Приклад 4:

Визначити величини ККД, у випадку часткової відмови , і коефіцієнт часткової відмови К_еЧ для енергоблоку 300 МВт, для параметрів прийняти із прикладів 2 і 3:

Приймаємо Q_с =const. Дані для розрахунку приймаємо із прикладів 1-3

.

У результаті зниження потужності N_эч<N_эо , ККД знизився на:

.

Відносне зниження ККД

.

Це відповідає енергетичним характеристикам .

Коефіцієнт часткової відмови для даного випадку

Тощо, коефіцієнт . Величину не довидачі потужності внаслідок відмови можна визначити, як різниця потужностей:

, кВт (4.44)

де

N_эч – величина зниження потужності внаслідок відмови, кВт.

Для складних технологічних систем, до числа яких ставляться енергоблоки ТЕС і АЕС, оцінку впливу відмов в окремих елементах можна зробити з використанням методу декомпозиції. При цьому думаємо, що коефіцієнт готовності енергоблоку

, (4.45)

є добуток коефіцієнтів готовності окремих елементів, що справедливо для систем з послідовним протіканням процесів в окремих елементах і підсистемах (Рис 1). Загальне зниження потужності енергоблоку, представляє суму зниження потужностей окремих елементів і підсистем

; , (4.46)

Малюнок 4.9- Структурна схема декомпозиції показників надійності енергоблоків ТЕС і АЕС

Коефіцієнти готовності К_г і часткової відмови К_ч енергоблоку, як складної технологічної системи, може бути визначений на підставі його структурної схеми (Рис. 5.10). Схема (ТЕУЕС) - теплоенергетичної установки електростанції включає підсистеми: котельню установку (КУ), трубопроводи (ТР), турбоагрегати (ТА). Ці підсистеми, у свою чергу складаються з підсистем і елементів. Більше докладну структуру розглянемо на прикладі декомпозиції турбоагрегату. До складу ТА прийняте відносити турбогенератор (ТГ) і турбоустановку (ТУ) У свою чергу ТУ включає регенеративну систему (РС), турбіну (Т) і низькопотенційний комплекс (НПК). НПК включає у свою сполуку - останній щабель ЦНТ (ПС), конденсаційну установку (КУТ), систему технічного водопостачання (СТВ), і підігрівники низького тиску (ПНТ). КУТ - складається з елементів: конденсатор (ДО), конденсаційні насоси (КН), ежекторні установки (ЕЖ). СТВ включає - циркуляційні насоси (ЦН), охолоджувачі циркуляційної води (ОЦ) і водоводи (подача й зворотна) (ВВ).

Додаткові втрати, що виникають у результаті відмов устаткування ТЕС і АЕС визначаються, по різниці між фактичними техніко-економічними показниками що відмовив і заміщає його в період відмови встаткування. Під устаткуванням, що заміщає, у цьому випадку розуміється найбільш економічне сучасне встаткування, що може бути встановлене на наявній площі електростанції, що реконструюється, або для компенсації недовиробітку, внаслідок відмов.

Сумарний збиток внаслідок відмови елементів устаткування блокових ТЕС за розглянутий період (найчастіше за один рік) можна представити у вигляді суми[2]:

U = U_Т + U_НЕД + U_АВ.РЕМ + U_ПУСК + U_ВЫБ +U_{СН ,} грн. (4.47)

де:

U_Т - збиток від перевитрати палива внаслідок відмови устаткування, грн.

U_НЕД - збиток ТЕС від недовідпустки енергії через технологічні відмови устаткування, грн.

U_АВ.РЕМ - збиток, викликаний проведенням аварійних ремонтів, викликаних відмовою устаткування, грн.

U_ПУСК - збиток, викликаний позаплановими пусками, внаслідок відмов викликаних старінням устаткування, грн.

U_СН – збиток внаслідок збільшення витрати енергії на власні потреби, грн.

U_ВЫБ - збиток від збільшення викидів в атмосферу забруднюючих речовин, викликаних відмовою, грн.

Для визначення доданків авторами пропонуються апробовані ними формули:

Перевитрата палива при частих відмовах устаткування ВПЕР являє собою різниця між фактичними витратами палива на аварійному В_У й устаткуванні, що заміщає, ВЗ( або за проектним даними В):

DУПЕР = В_У – В_З, т (4.48)

Тощо, збиток від перевитрати палива при експлуатації енергоблоку з устаткуванням, що відмовило, становить:

U_Т = Ц_Т(В_У – В_З), грн./рік (4.49)

де

Ц_Т - ціна однієї тонни умовного або натурального палива, грн./т

Приклад 5:

Оцінити збиток, внаслідок зниження вакууму в конденсаторі енергоблоку К–300-240, на , згідно [2], зниження вакууму  приводить до зниження потужності ( 1%) і збільшення питомої витрати палива енергоблоком

Для енергоблоку ДО-300-240 b_о = 340 г/ кВт год, тоді при :

г/ кВт год, тобто b_і =b_о+ =346,8 г / кВт год

N_Э0=300*10³ кВт, N_эі = 0,01*300*10³=3000 кВт;

Nэ=300*10³-3*10³=297*10³ кВт;

Число годин відмови =1000 годин;

Недовиробіток ΔЭ_э=1*10³* 3*10³=3*10⁶ кВт год;

Перевитрата палива ΔB=3*10⁶*6,8=21 тонн;

Збиток при ціні палива Ц_Т=50*5=250 грн./т;

U_Т=250*21=5250 грн.

Збитки ТЕС у результаті недовідпустки електричної й теплової енергії, викликаного технологічними відмовами устаткування, виражаються в зниженні прибутку від реалізації її й, у відповідності збільшення витрат палива.[2]

Збиток ТЕС внаслідок недовідпустки електричної й теплової енергії, відмов, тривалості ремонту по усуненню тривалості, міжремонтного періоду встаткування, у порівнянні із замінюючим його (знаходженням строком модернізації, поетапна модернізація):

,грн. (4.50)

У випадках недовідпустки тільки електричної енергії:

U ), грн. (4.50 а)

де:

Т_З і Т_Т - середні тарифи на електроенергію й тепло, грн./кВт год;

 і  - зниження вироблення електроенергії й тепла при аварійному відключенні встаткування, внаслідок відмов, [кВт/година];

 і  - коефіцієнти втрат в електричних і теплових мережах, приймаються по діючих нормативах;

b_ЗУ, b_ТУ - фактичні питомі витрати умовного палива на відпустку електроенергії й тепла, г. т.п. /кВтгод;

Y_ОТК, Y_Д.РЕМ, Y_ПР.РЕМ – коефіцієнти перевищення розраховуючи на рік числа відмов, тривалості ремонту й тривалості міжремонтного періоду застарілого обладнання в порівнянні із замінюючим його.

Приклад 6

Збиток від недовідпустки електроенергії формула (5.55а) енергоблоком 300 МВт Зуєвської ТЕС при тарифі Т_э = 0,15 грн. /кВт год

і втратах в електричних мережах  = 0,15 і ΔЭ_э = 3*10⁶ кВт*год складе

U = 0,15 *3*10⁶ ( 1-0,5) =3,8*10⁵ грн.

Для визначення збитку, викликаного проведенням аварійних ремонтів, устаткування рекомендується формула:

U_АВ.РЕМ = a_РЕМТ_РЕМN_РЕМ, грн. (4.51)

де

a_РЕМ - вартість ремонту, що простоює в ремонті енергоблоку (агрегату) потужністю 1 МВт за добу, [грн./МВт добу]

ТРАМ - тривалість аварійних робіт; [добу]

N_РЕМ - установлена потужність ремонтованого енергоблоку (агрегату), МВт

Збиток від позапланових пусків енергоблоків внаслідок відмов може бути визначене по формулі:

, грн. (4.52)

де:

Ц_т – ціна палива, використовуваного на ТЕС при пусках, [грн./т]

 - нормативні витрати палива на кожний позаплановий пуск енергоблоку i - го типу, [Т/пуск]

n_i – кількість пусків «i» енергоблоків , [шт]

m_i – кількість пусків енергоблоків «i», [шт.]

Приклад 7:

Визначити збиток внаслідок поза плановими пусками енергоблоку

К – 300- 240. Відповідно до норм пускові втрати для блоків 300 МВт становлять [3] : B_ні = 200 т, при ціні Ц_т=250грн/т; U_пуск = 200*250=50000 грн.

При відмовах устаткування ТЕС і АЕС відбувається збільшення витрати енергії, для КЕС. Частка витрати електроенергії на власні потреби КЕС при номінальних режимах . При нерозрахованих режимах, викликаних відмовами зростає[6].

Приклад 8:

Визначити збиток  для блоку 300 МВт при зниженні навантаження, внаслідок часткової відмови до N_эі = 240 Мвт. Відповідно до нормативних характеристик для 300 МВт , а при N_эі = 240 МВт

U_сн=( = 0,015 *240 *10³*1*10³ *0,15 = 540 10³грн (4.53)

Збиток від збільшення викидів у навколишнє середовище забруднюючих речовин визначаються додатковою платою за викиди при експлуатації несправного устаткування енергоблоку. Платежі за викиди, що перевищують норми тимчасово погоджені, визначаються шляхом множення ставок оплати за забруднення в межах ВОВ на п'ятикратний підвищувальний коефіцієнт. У плату за викиди вводиться коефіцієнт екологічної ситуації, що враховує стан повітряного басейну в різних економічних районах.[4]

Для оцінки збитків від викидів забруднюючих речовин може бути використана формула [4.54]:

,грн. (4.54)

де: H_ВСВі – норматив плати за викиди “і”- го забруднюючої речовини, грн./м.

,  - викиди і - го забруднюючої речовини (золи, діоксиду сірки, оксиду азоту) у межах ВСВ і ПДВ, [г/с]

 - фактичні викиди i - го забруднюючої речовини, [г/с];

К_е - коефіцієнт екологічної ситуації;

Таким чином, сумарний збиток, внаслідок відмов устаткування ТЕС може бути визначений по(13), з обліком(14) - (20), а також пошуки способів його запобігання, можна з високим ступенем точності визначити по (13) при цьому слід зазначити, що вірогідність і оперативність результатів може бути реалізована на базі АСУТП.

Висновки:

Пропонується метод оцінки впливу надійності на економічність і екологічність ТЕС. Запропоновано метод оцінки збитку внаслідок відмов у роботі, супроводжуваний числовими прикладами з досвіду експлуатації Зуєвської ТЕС. Даний метод може застосовуватися для будь-яких систем і підсистем, як ТЕС, так і АЕС.