Систем за прорачун топлотних шема и анализу рада термоенергетских постројења са парним турбинама

Abstract

У раду је приказан развијени софтверски систем за прорачун топлотних шема постројења са парним турбинама и припадајућим моделима за одређивање радних параметара појединачних компоненти оваквих постројења. У току развоја оваквог система анализиране су различите методе доступне у литератури. На основу развијених модела и целокупне методологије прорачуна, написан је рачунарски програм са графичким интерфејсом, широког спектра примене. Програм је конципиран и развијен на начин да поседује флексибилност у погледу конфигурисања прорачунаване топлотне шеме постројења, те се може примењивати за различите типове турбопостројења, с тим да се у оквиру топлотне шеме различите компоненте се могу неограничено додавати. За сваку од компоненти развијен је одговарајући математички модел који омогућава процену њених геометријских карактеристика (дизајн мод), као и развијени модел који омогућава симулацију њеног рада при промени радних услова (анализа мод). Радни услови постројења могу бити унапред задати или су резултат мерења у току рада реалног погона на основу аквизиције и обраде података. Програм је робустан и захтева кратко време за спровођење прорачуна. Имплементирани модели и целокупна метода прорачуна су вишеструко валидирани поређењем са резултатима термотехничких пријемних и погонских испитивања парних турбина и турбопостројења спроведених од стране Лабораторије за топлотне турбомашине и термоенергетска постројења Машинског факултета. Тиме је постигнут висок степен поузданости добијене методологије и тачности резултата, како при пројектовању нових постројења, тако и при анализи рада постојећих погона. За валидацију су коришћени резултати испитивања турбопостројења снаге од 120 до 665 MW, са поткритичним и наткритичним параметрима свеже паре. Развијени систем је више пута успешно примењен за анализу рада постројења планираних за изградњу, као и приликом разматрања модернизације постојећих блокова. Такође, систем уз неопходна проширења и интеграцију са мерним системом електране је примењен за праћење и анализу рада конкретног парног турбопостројења, где се у реалном времену одређују главни показатељи квалитета рада постројења и његових компоненти. На основу одступања радних параметара од очекиваних вредности идентификују се проблематичне компоненте и делови постројења, и израчунава се њихов директан утицај на финалне показатеље квалитета рада погона у смислу утицаја на постигнуту снагу и степен корисности турбопостројења.

The thesis presents a developed system for calculating heat balance diagrams of steam turbine plants and models for the simulation of the behavior of plant components. During the system's development, various models for the components that were available in the literature were analyzed. The adopted models for the calculation have been multiply validated by the conducted thermal tests of steam turbines and steam turbine plants performed in the previous period by the Laboratory for Thermal Turbomachines. In this way, a high degree of reliability of the methodology and accuracy of the results when designing new plants or analyzing existing plants' operation is achieved. During the validation, the test results of steam turbine plants with a 120 - 665 MW capacity with subcritical and supercritical parameters of fresh steam were used. Based on the developed models and systems, a computer program with a graphical interface was written, which can be used for a wide range of applications. The model for the calculation of new plants has been successfully used in the analysis of the operation of power plants that have yet to be built and the analyzes in the modernization of plants in operation. The developed program is robust, and with the short time required to perform calculations. The developed model and program for calculating heat balance diagrams of steam turbine plants are flexible, and various components can be added without restrictions. A mathematical model was developed for each component with equations that enable the calculation of the component geometry (design mode) and the simulation of operation, that is, the calculation of the component behavior under different operating conditions (analysis mode). With the necessary extensions, the developed system has been applied to monitor and analyze the operation of steam turbines, which determines the current operating characteristics of the complete plant and all its components in real-time. The system detects deviations of operating parameters and characteristics of steam turbine components from design values. With an analysis of deviation and calculation heat balance diagram, the method gives information about the deterioration of components and the impact of each deviation on a decrease of power and the steam turbine plant efficiency.