Технико-экономическая оптимизация систем теплогазоснабжения (ТЭО)
Технико-экономическая оптимизация систем теплогазоснабжения (ТЭО)
Министерство
образования и науки Российской Федерации Саратовский государственный
технический университет.
Кафедра Теплогазоснабжение и
вентиляция
КУРСОВОЙ
ПРОЕКТ
на
тему:
«ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ОПТИМИЗАЦИЯ
СИСТЕМ Т, ГС И ТГУ»
Выполнил:
Проверил:
Саратов
2005г.
Реферат
Пояснительная
записка содержит 29 страниц, 3 рисунка, 1 таблицу.
СИСТЕМЫ
ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ, ПРИВЕДЕННЫЕ ЗАТРАТЫ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ,
ОПТИМИЗАЦИОННАЯ ЗАДАЧА, ТРАССИРОВКА, ГНС, ГРП.
Объектами
оптимизации является системы теплоснабжения, и газоснабжения, а так же их
конструктивные элементы и технологические параметры.
Цель работы –
технико-экономическая оптимизация проектных разработок и технологических
решений в области теплогазоснабжения, выбор оптимальных технологических
параметров систем и установок.
В пояснительной
записке приводится обоснование рациональных технических решений по
теплогазоснабжению населенных пункто, рекомендуются оптимальные режимы
эксплуатации инженерных систем и оборудования, дается экономическая оценка
результатов оптимизации.
Содержание.
|
|
|
Реферат.
|
|
Содержание.
|
|
Введение.
|
1.
|
ТЭО
систем теплоснабжения.
|
1.1.
|
Определение
оптимальной мощности центрального теплового пункта.
|
1.2.
|
Выбор
оптимальной удельной потери давления в трубопроводах
тепловой
сети.
|
1.3.
|
Определение
оптимальной толщины изоляции трубопроводов
теплосетей.
|
2.
|
ТЭО
систем газоснабжения.
|
2.1.
|
Выявление
оптимальной трассировки межпоселкового
распределительного
газопровода.
|
2.2.
|
Выбор
оптимального количества очередей строительства
ГРС.
|
2.3.
|
Определение
оптимальной мощности и радиуса
действия
газорегуляторного пункта.
|
2.4.
|
Определение
оптимальной мощности и радиуса
действия
газонаполнительной станции сжиженного газа.
|
|
Заключение.
|
|
Список
литературы.
|
Введение.
Характерной
особенностью проектных и плановых решений в области теплогазоснабжения является
многовариантность. При этом отдельные конструктивные элементы, технологические
схемы, установки могут быть выполнены неоднозначно, то есть с различными
параметрами:
-
термодинамическими ( температура воды, давление газа, влажность воздуха и
т.д.)
-
гидравлическими ( расход теплоносителя, потеря давления в трубопроводе,
скорость движения воздуха и т.д.);
-
конструктивными ( трассировка газопровода, схемы подключения потребителей) и
другие.
Задачей
технико–экономической оптимизации заключается в определе6нии таких параметров
систем, которые для достижения заданного результата требуют наименьшие затраты
материальных, энергетических, денежных или других ресурсов.
1.
ТЭО
СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ.
Определение оптимальной
мощности центрального теплового пункта.
С увеличением мощности ЦТП снижаются удельные
затраты в источник теплоснабжения, но вместе с тем возрастают аналогичные
затраты на тепловые сети за счет увеличения их средних диаметров и
протяженности. Оптимальная мощность ЦТП (количество ЦТП в жилом массиве)
определяют технико-экономическим расчетом.
Задача сводится к
минимизации приведенных затрат по комплексу ЦТП – тепловые сети.
,
(1.1.1)
где i=1,2…n варианты проектных решений с различным количеством ЦТП;
КТС и
ИТС – капитальные вложения и эксплуатационные расходы по системе
теплоснабжения.
Задача решается
методом вариантам расчетом с разным количеством ЦТП. Условие З=min соответствует оптимальное количество
ЦТП, nopt →Gцтп. Капитальные вложения в систему
теплоснабжения включают в себя сметную стоимость магистраль км, и распределим
Кс , а также сметную стоимость Кцтп. Расходы на эксплуатацию системы
теплоснабжения включает в себя отчисления на инновацию, на капитальные и
текущие ремонты. Рр, Рк, Рт, Зп, У – расходы на управления , стоимость
электроэнергии затрачиваемую на перекачку теплоноситель, стоимость тепло потерь
трубопроводами.
В качестве
первого приближения к аналитическому решению задачи, примем ряд допущений.
Изменение мощности ЦТП (количество ЦТП) мало сказывается на затраты по
магистральному транспорту теплоносителя. Изменяются в основном количество и
суммарная протяженность ответвлений ЦТП. Практически не изменяется диаметр,
протяженность по этому затраты в магистральный транспорт примем постоянный и
исключим из целевой функции.
З=Ен(Кцтп+Кс)+Ицтп+Ис
(1.1.2)
Анализ источников
показывает, что в общем случаи удельные капитальные вложения на единицу тепло
мощности ЦТП и сети зависят от многих факторов в том числе от мощности ЦТП Q, от плотности теплопотребления в
жилом массиве q, схемы теплоснабжения,
способа прокладки теплопровода, характера застройки жилого массива,
географического климата и другим условиям. Однако определяющую роль играет
параметр Q, поэтому можно записать
,
(1.1.3)
где α и β – коэффициенты
пропорциональности, численные значения которых зависят от схемы тепло снабжения
и способа прокладки тепло провода.
Распишем
эксплутационные расходы
Ицтп=φцтп*Кцтп
+Зпцтп , (1.1.4)
Ис=
φсКс+Э+Итр+Зпс,
(1.1.5)
где φцтп,
φс – доля годовых отчислений на эксплуатацию ЦТП и распределения сети.
Зпцтп=Зпс
– удельная стоимость обслуживания ЦТП и распределительных сетей.
Э и Итр – зависят
от мощности Q и от плотности тепло
потребления q, однако в общем объеме
затрат, эти компоненты составляют вторую величину в порядки малости, примем их
постоянными, также исключим из целевой функции, тогда окончательно функция
затрат следующий вид:
(1.1.6)
Для нахождения минимума затрат дифференцируем последнее равенство и
приравниваем к нулю.
(1.1.7)
Перепишем
полученное выражение.
(1.1.8)
Умножим обе части
выражения (1.8) на
(1.1.9)
откуда
(1.1.10)
После возведения
в степень –1,52 находим
(1.1.11)
Уравнение (1.11)
в силу принятых допущений носит весьма приближенный характер.
Определим
оптимальную мощность центрального теплового пункта для жилого массива города.
1. Плотность тепло потребления q =72,5 ГДж/(ч га).
2. Потребители подключены к
тепловой сети по зависимой схеме α=7,3.
3. Прокладка теплопроводов
канальная β=3,47.
4. Годовые отчисления от
капитальных вложений на эксплуатацию φцтп=4,553 1/год , φс=2,088
1/год.
5. Коэффициент эффективности кап
вложений Ен=0,12 1/год.
В результате
имеем
Выбор оптимальной удельной
потери давления в трубопроводах тепловой сети.
Методику расчета задачи рассмотрим на примере транзитной тепловой сети.
С увеличением удельной потери давления уменьшаются капитальные вложения в
тепловую сеть потери тепла за счет уменьшения диаметров трубопроводов. В месте
с тем возрастает расход электроэнергии на работу сетевых насосов.
Задача сводится
к минимизации функции вида
З=(φ+Ен)Ктс+Э+Итп
, (1.2.1)
где Ен
– нормативный коэффициент эффективности кап вложений, равный 0,12 1/год;
Э – стоимость
электроэнергии, расходуемой сетевыми насосами, руб/год;
Итп – годовая
стоимость теплопотерь трубопроводами, руб/год;
Кт.с. –
капитальные вложения в тепловую сеть, руб.
φ – доля
годовых отчислений на реновацию, ремонты и обслуживание тепловой сети.
Капитальные
вложения в тепловую сеть
Кт.с = ( а +в·d )l=a·l+b·d·l , (1.2.2.)
где а,в – стоимостные параметры 1 м
тепловой сети;
l – длина тепловой сети, м;
d – диаметр тепловой сети, м.
Обозначим :
М= d · l,
(1.2.3.)
где М – материальная характеристика тепловой сети, м².
Тогда уравнение
(1.2.2.) примет вид:
Кт.с.
= a·l+b·M
(1.2.4.)
С изменением удельной потери давления изменяется диаметр трубопровода и
ее материальная характеристика.
К´т.с = в ·М
(1.2.5.)
Диаметр тепловой сети находится по
формуле:
,
(1.2.6.)
где К – коэффициент пропорциональности, численные значения которого
определяются величиной абсолютной шероховатости внутренней поверхности
трубопроводов;
G – расход теплоносителя,
кг/с;
ρ - плотность теплоносителя, кг/м³;
∆P – потери давления в тепловой сети, Па.
Выразим потери
давления в сети ∆P через удельную линейную потерю давления R и длину трубопровода l:
∆P = R · l · (1+m), (1.2.7.)
где m – доля потери давления в местных
сопротивлениях тепловой сети:
m = Z,
(1.2.8.)
где Z – коэффициент пропорциональности:
·
для
водяных сетей Z=0,02;
·
для
паровых сетей Z=0,1.
Тогда уравнение
(1.2.6) примет следующий вид:
(1.2.9.)
А
материальная характеристика примет вид:
(1.2.10.)
Обозначим через М0
материальную характеристику сети при некотором фиксированном значении удельной
линейной потери давления R0.
Согласно (1.2.10) можно записать при
ρ0=ρ
(1.2.11.)
Откуда
М=Мо
(1.2.12.)
С учетом (1.2.5.) и (1.2.12)
переменная часть капитальных вложений в тепловую сеть будет
К´т.с =в·Мо
(1.2.13.)
Стоимость
электроэнергии, затрачиваемой на перекачку теплоносителя равна:
,
(1.2.14.)
где τ – годовая
продолжительность эксплуатации тепловой сети, ч/год;
η – КПД сетевых насосов;
Сз – районные замыкающие
затраты на электроэнергию, руб/(Вт ч).
Найдем стоимость тепла, теряемого
трубопроводами :
Итп=Зт·τ·k·π·М0·(1+β)
, (1.2.15.)
где Зт – районные замыкающие затраты
на тепловую энергию, руб/Втч;
k – коэффициент теплопередачи
трубопроводов тепловой сети, Вт/м²к. Определяется тепло техническим расчетом;
t - среднегодовая температура теплоносителя в трубопроводах,
ºС;
t - средняя за период эксплуатации тепловой сети температура
окружающей среды, ºС;
β –
коэффициент, учитывающий теплопотери через неизолированные участки
трубопровода.
Используя (1.2.1), (1.2.13), (1.2.14)
и (1.2.15), запишем следующее выражение для целевой функции:
(1.2.16)
Для нахождения
оптимальной величины удельной линейной потери давления продифференцируем
функцию (1.2.16) и приравняем полученное выражение к нулю:
(1.2.17)
откуда после
некоторых преобразований
R (1.2.18.)
где
(1.2.19)
Методика
экономического обоснования транзитной тепловой сети сводится к следующим этапам
расчета. При заданной величине R0 на основании гидравлического
расчета определяется диаметр сети d0 и ее материальная характеристика М0. Затем
выявляется оптимальное значение удельной линейной потери давления Ropt и повторным расчетом находится
оптимальный диаметр dopt.
Методика расчета транзитного теплопровода применима и для тупиковой
распределительной сети.
Оптимальное
значение линейной потери давления на головной магистрали тепловой сети Ropt находится по уравнениям (1.2.18) и
(1.2.19) с помощью подстановки:
;
где - суммарная протяженность участков
головной магистрали, считая подающую и обратную линию теплопровода, м;
n – общее количество участков
магистрали;
di,0 – диаметр i-го участка, рассчитанный при
заданной величине удельной линейной потери давления R0, м;
li - длина i-го участка, м.
G=55кг/с
l1=650м l2=550м l3=750м
G=30кг/с
G=70кг/с
Рис 1. Расчетная схема тепловой
сети.
Исходные данные.
1.
Доля
годовых отчислений на реновацию, ремонт и обслуживание тепловой сети =0,075 1/год.
2.
КПД
сетевых насосов η=0,6.
3.
Плотность
теплоносителя ρ=970 кг/м³.
4.
Разность
температуры =40
ºС.
5.
Годовая
продолжительность эксплуатации тепловой сети τ=6000 ч/год.
6.
Удельная
стоимость электроэнергии Сэ=58·10 руб/(Вт ч).
7.
Районные
замыкающие затраты на тепловую энергию Зт=76·10 руб/(Вт ч).
8.
Стоимостной
коэффициент в=3990 руб/м².
9.
Коэффициент
теплопередачи трубопроводов тепловой сети К=1,25 Вт/м²к.
10.
Коэффициент
учитывающий теплопотери через неизолированные участки трубопровода,
β=0,2.
11.
Коэффициент
эффективности капитальных вложений Е=0,12 1/год.
Общая длина магистрали.
l=l1+l2+l3=650+550+750=1950 м.
Гидравлическим расчетом Rо=80 кПа , получим следующие диаметры
сети по участкам: d1,0=377×9 мм, d2,0=273×7 мм, d3,0=194×5мм.
Материальная характеристика сети.
Мо=0,377·650+0,273·550+0,194·750=540,7
м².
Определим долю потери давления в местных
сопротивлениях: m=Z
Определим оптимальное значение
удельной линейной потери давления
R
Определение оптимальной
толщины тепловой изоляции трубопроводов тепловой сети.
С увеличением
толщины изоляции возрастают затраты в сооружение и эксплуатацию
теплоизолированного трубопровода. Вместе с тем, снижается теплопотери, а значит
и годовая стоимость теряемой теплоты.
Задача сводится к
минимизации функции следующего вида:
З=(Ен+φ)Киз+Итп
, (1.3.1)
где Ен
– коэффициент эффективности кап вложений 1/год;
φ – доля
годовых отчислений на эксплуатацию тепловой изоляции 1/год;
Киз – капитальные
вложения в теплоизоляцию 1/год;
Итп – стоимость
теплопотерь, руб/год.
Решение задачи
рассмотрим на примере двухтрубного подземного теплопровода при бесканальной
прокладке.
Страницы: 1, 2
|