Курсовая работа: Технико-экономическая оптимизация систем теплогазоснабжения (ТЭО)

Курсовая работа: 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.

Страницы: 1, 2