БІНАРНА ЕЛЕКТРОГЕНЕРУЮЧА УСТАНОВКА ДЛЯ УТИЛІЗАЦІЇ ТЕПЛОТИ ДИМОВИХ ГАЗІВ КОТЛІВ
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Робота присвячена розробці сучасних теплових схем для виробництва електричної енергії при утилізації теплоти димових газів котлів енерговузлів. На прикладі типової районної котельні досліджено параметри та потенціал теплоти, яка скидається до атмосфери з димовими газами котлів, та визначено, що їх достатньо для генерації електричної енергії шляхом реалізації так званих органічних циклів Ренкіна. Для утилізації теплоти вихідних газів з температурою 280 °С при їх витраті 10 кг/с було досліджено триконтурну електрогенеруючу установку, яка подібна тим, що використовуються у геотермальній енергетиці. Проаналізовано ряд турбінних робочих тіл, що відповідають необхідним вимогам, та рекомендовано найбільш підходящі. Беручи до уваги характеристики джерела теплоти, з метою визначення раціональної конфігурації схеми виконано 50 розрахунків багатоконтурних теплових схем енергоустановок, що працюють на різних робочих тілах. Результати досліджень показали, що ефективність (електричний ККД) та потужність турбінного циклу визначається потенціалом скидної теплоти, термодинамічними властивостями робочого тіла, структурними та параметричними характеристиками схеми. Серед досліджених найкращі показники: електричний ККД 20,6 %, «корисну» електричну потужність 357 кВт при температурі вихідних газів 131 °С мала триконтурна утилізаційна установка з робочими тілами Вода / R-245fa / R-245fa. Варіант схеми з робочими тілами Вода / R-600a / R-600a програвав кращому варіанту ~ 8 кВт електричної потужності, але був визнаним більш перспективним, оскільки фреон R-600a (ізопропан) має споживчі переваги над R-245fa. Були також проведені розрахункові дослідження бінарної теплової схеми енергоустановки, які показали, що раціональним є використання для 1-го контуру Води, для 2-го – R-600a. Таке рішення дозволило отримати розрахункову «корисну» електричну потужність енергокомплексу ~ 290,8 кВт (1-й контур ~ 129 кВт, 2-й ~ 161,8 кВт). Програш бінарної схеми по «корисній» електричній потужності перспективному варіанту триконтурної схеми компенсується суттєвим спрощенням теплової схеми і, як наслідок, значно меншими капітальними витратами. Питома маса запропонованого теплообмінного обладнання установки з бінарною тепловою схемою становить ~ 150 кг/кВт. Враховуючи властивості робочого тіла, здійснено попередню проробку конструкцій турбін 1-го (Вода) та 2-го (R-600a) контурів. Для 1-го контуру запропоновано використовувати 6-ти ступінчату осьову турбіну, для 2-го – одноступінчату радіальну. Розрахунковим шляхом визначені геометричні характеристики проточних частин турбін. Попередня спрощена оцінка простого терміну окупності свідчить о непоганих перспективах впровадження запропонованої енергозберігаючої установки.
Блок інформації про статтю
Посилання
Dudley B. BP Statistical Review of World Energy. London, Pureprint Group Limited Publ., 2018. 56 р.
Dudley B. BP Energy Outlook 2017. London, 2018. 102 р.
Jouhara H., Khordehgah N., Almahmoud S., Delpech B., Chauhan A., Tassou S. A. Waste heat recovery technologies and applications. Thermal Science and Engineering Progress. 2018, vol. 6, pp. 268–289. doi: 10.1016/j.tsep.2018.04.017
Christodoulides P., Agathokleous R., Aresti L., Kalogirou S.A., Tassou S.A., Florides G. A. Waste Heat Recovery Technologies Revisited with Emphasis on New Solutions, Including Heat Pipes, and Case Studies. Energies. 2022, vol. 15, no. 1, 384. doi: 10.3390/en15010384
Aronov I. Z. Ispol'zovanie tepla ukhodyashchikh gazov gazifitsirovannykh kotel'nykh [Use of flue gas heat from gasified boilers]. Energiya Publ., 1967. 192 p.
Todkar Rajendra N., Chaudhari P. E., Shirsat U. M. Waste heat recovery to increase boiler efficiency using bagasse as fuel. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET). 2014, vol. 5, issue 2, pp. 115–121.
Castelli A. F., Elsido C., Scaccabarozzi R., Nord L. O., Martelli E. Optimization of Organic Rankine Cycles for Waste Heat Recovery From Aluminum Production Plants. Frontiers in Energy Research. 2019, vol. 7, article 44, pp. 1–19. doi: 10.3389/fenrg.2019.00044
Yu H., Eason J., Gundersen T., Feng X. Process integration of organic Rankine cycle (ORC) and heat pump for low temperature waste heat recovery. Energy. 2018, vol. 160, pp. 330–340. doi: 10.1016/j.energy.2018.07.028
Senets'kyy O. V. Naukovo-metodolohichni osnovy enerhozberezhennya na bazi turboustanovok maloyi potuzhnosti pry utylizatsiyi vtorynnykh enerhetychnykh resursiv: dys. … d-ra tekhn. nauk 05.05.16 [Scientific and methodological foundations of energy saving on the basis of low-power turbines in the utilization of secondary energy resources. Dr. eng. sci. diss.]. Kharkiv, 2020. 406 p.
Ravich M. B. Toplivo i effektivnost' ego ispol'zovaniya [Fuel and the efficiency of its use]. Nauka Publ., 1971. 358 p.
Malyarenko V. A., Shubenko O. L., Andryeyev S. Yu., Babak M. Yu., Senets'kyy O. V. Koheneratsiyni tekhnolohiyi v maliy enerhetytsi: monohrafiya [Cogeneration technologies in small energy]. Kharkiv. nats. un-t mis'k. hop-va im. O. M. Beketova, In-t problem ashynobud. im. A. M. Pidhornoho [O. M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, A. Podgorny Institute of Problems of Mechanical Engineering NAS Ukraine]. Kharkiv, O. M. Becketov KhNUMG Publ., 2018. 454 p.
Javanshir A., Sarunac N. Thermodynamic analysis of a simple Organic Rankine Cycle. Energy. 2017, vol. 118, pp. 85–96. doi: 10.1016/j.energy.2016.12.019
Kostikov A. O., Shubenko O. L., Subotin V. H., Senetskyi O. V., Tarasova V. O., Holoshchapov V. M., Babak M. Yu. Principal modernization solutions for a 300 MW power unit to be converted to operate at ultra-supercritical steam parameters. Journal of Mechanical Engineering. 2021, vol. 24, no. 4, pp. 38–49. doi: 10.15407/pmach2021.04.038
Malyarenko V. A., Senetskyi O. V., Kolodyazhny S. V. Methodological approach to solving energy saving issue based on the use of secondary energy resources. CYSENI 2021 (24–28 May 2021, Kaunas). Kaunas, Lithuanian Energy Institute Publ., 2021. P. 468–478.
Senets'kyy O. V., Babak M. Yu. Pobudova ta modelyuvannya teplovykh skhem dlya heneratsiyi elektrychnoyi enerhiyi pry utylizatsiyi teploty dymovykh haziv rayonnykh kotelen' [Construction and modeling of thermal schemes for the generation of electrical energy during the utilization of heat from flue gases of district boiler houses]. III International Scientific and Practical Conference "Débats scientifiques et orientations prospectives du développement scientifique". Collection of Scientific Papers "ΛΌГOΣ" (8 July 2022, Paris). P. 167–170. doi: 10.36074/logos-08.07.2022.046
Rydalina N., Antonova E., Akhmetova I., Ilyashenko S., Afanaseva O., Bianco V., Fedyukhin A. Analysis of the Eciency of Using Heat Exchangers with Porous Inserts in Heat and Gas Supply Systems. Energies. 2020, vol. 13, no. 22, 5854.doi: 10.3390/en13225854
Shcheglyaev A. V. Parovye turbiny. Teoriya teplovogo protsessa i konstruktsii turbin [Steam turbines. Theory of thermal process and design of turbines]. Energoatomizdat Publ., 1993. 800 p.
Torhova elektrychna kompaniya. Zakupivel'ni tsiny na rynku "na dobu napered" dlya Spozhyvachiv hrupy "B" v 2022 rotsi [Trading electric company. Purchase prices on the "day-ahead" market for Consumers of group "B" in 2022]. Available at: http:/www.tek.energy/storage/prices/electricity/VkqFGpK0sszoPRrSSMXDgg8gTwlBdXifdLPx1Dhx.pdf (accessed 10.09.2022).