CC BY
140
7. Пат. 2170885 Российская Федерация, МПК7 Б 24 D 15/04, Б 01 К 17/02. Система теплоэнергоснабжения / Данилов В. В., Славин В. С. ; заявитель и патентообладатель Данилов В. В., Славин В. С. — № 2000118569/06 ; заявл. 17.07.00; опубл. 20.07.01, Бюл. № 18. — 6 с.
8. Пат. 2239129 Российская Федерация, МПК7 Б 24 D 3/08. Способ теплоснабжения / Стенин В. А. ; заявитель и патентообладатель Стенин В. А. — № 2003102574/06 ; заявл. 30.01.03; опубл. 30.01.03, Бюл. № 22. — 6 с.
9. Пат. 2266479 Российская Федерация, МПК7 Б 24 D 3/08. Способ теплоснабжения / Стенин В. А.; заявитель и патентообладатель Стенин В. А. — № 2004116406/03 ; заявл. 31.05.04; опубл. 20.12.05, Бюл. № 35. — 7 с.
10. Богданов, А. Б. Применение тепловых насосов в «большой» энергетике / А. Б. Богданов // Эффективность систем жизнеобеспечения города : материалы X Всерос. науч.-практ. конф. Красноярск, 25-26 ноября 2009. — 2009. — № 4. -С. 20-23.
11. Пат. 2163327 Российская Федерация, МПК7 Б 24 D 3/08. Способ централизованного теплоснабжения / Томилов В. Б., Пугач Ю. Л., Ноздренко Б. В. ; заявитель и патентообладатель
Томилов В. Б., Пугач Ю. Л., Ноздренко Б. В. — № 2000107258/ 06; заявл. 23.03.00 ; опубл. 20.02.2001, Бюл. № 35. — 7 с.
12. Пат. 2306489 Российская Федерация, МПК7 Б 24 D 11/02. Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения / Андрющенко А. И., Николаев Ю. Е., Новиков Д. В., Федоров Р. В. ; заявитель и патентообладатель Саратовский гос. техн. ун-т (СБТУ) . — № 2006109308/03; заявл. 23.03.06 ; опубл. 20.09.07, Бюл. № 26. — 5 с.
13. Пат. 2320930 Российская Федерация, МПК7 Б 24 D 11/02. Система однотрубного теплоснабжения / Проценко В. П.; заявитель и патентообладатель Проценко В. П. — № 2006139191/ 03; заявл. 08.11.06 ; опубл. 27.03.08, Бюл. № 9. — 6 с.
ТРЕТЬЯКОВА Полина Александровна, ассистент кафедры «Промышленная теплоэнергетика». Адрес для переписки: polina_tret@mail.ru
Статья поступила в редакцию 25.03.2014 г. © П. А. Третьякова
удк 620 91 П. А. ТРЕТЬЯКОВА
Тюменский государственный архитектурно-строительный университет
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ НА КУРГАНСКОЙ ТЭЦ-2 ЗА СЧЕТ УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ
В статье анализируются вторичные энергетические ресурсы Курганской ТЭЦ-2. Рассчитаны характеристики теплового насоса, внедряемого в схему ПГУ-ТЭС. Целью исследования стал обзор вторичных энергетических ресурсов парогазовой тепловой электростанции и оценка возможности их использования в утилизационной теплонасосной установке.
Ключевые слова: парогазовые тепловые электростанции, тепловые насосы, вторичные энергетические ресурсы.
В условиях постоянного роста цен на топливо, наблюдающегося в последние годы, особенно актуальной является разработка новых технологий энергосбережения с целью более полного использования энергоресурсов. Существенное значение приобретает внедрение рациональных способов экономии органического топлива на крупных промышленных предприятиях. Проведенный обзор литературы и статей показал, что ВЭР тепловых двигателей являются значительными и в то же время используются недостаточно.
Утилизация низкопотенциальной теплоты при помощи тепловых насосов (ТН) на парогазовых тепловых электростанциях (ПБУ-ТЭС) будет способствовать совершенствованию действующей технологии производства электрической и тепловой энергии, а также уменьшению нагрузки, оказываемой топливно-энергетическим комплексом на окружающую среду, за счет снижения тепловых выбросов и потребления технической воды. Кроме того, увеличится доля альтернативных источников энергии в топливно-энергетическом балансе страны.
Проанализируем вторичные энергетические ресурсы энергоблока ПБУ-110 Курганской ТЭЦ-2.
Дренажная система включает в себя дренажные системы котлов-утилизаторов, паропроводов высокого и низкого давления, паровой турбины и грязного конденсата. Брязный конденсат дренажной системы сливается в единый бак, и для поддержания его температуры в пределах 25-30 °С используется умягченная вода замкнутого контура охлаждения оборудования и механизмов блока.
Система охлаждения (система технического водоснабжения) предназначена для охлаждения воздуха в воздухоохладителях генераторов паровой и газовых турбин; масла в маслоохладителях ПТ и БТУ; рабочей жидкости станции вакуумирования ПТ, подшипников насосов и другого вспомогательного оборудования энергоблока.
Она состоит из трех замкнутых контуров: 1. Контур охлаждающей воды на охлаждение оборудования и механизмов блока предназначен для подачи охлаждающей воды на воздухоохладители генератора ПТ, на маслоохладители ПТ, на теплообмен-
ники станции вакуумирования ПТ, на холодильники отборов проб воды и пара блока, на охладители конденсата блоков автономный конденсаторов, на охладители грязного конденсата, на блок системы охлаждения ГТУ, на воздухоохладители электродвигателей сетевыгх насосов. Система охлаждения имеет следующие характеристики:
— температура на входе охлаждающая вода — 32 °С;
— температура на выходе охлаждающая вода — 40 °С;
— массовый расход охлаждающая вода — 548,9 т/ч;
2. Контур охлаждающей воды подшипников механизмов предназначен для подачи охлаждающей воды на охлаждение подшипников летних и зимних сетевых насосов (СНЛ, СНЗ) и охлаждение масла в маслоохладителях маслостанций СНЗ. Система охлаждения имеет следующие характеристики:
— температура на входе охлаждающая вода — 25 °С;
— температура на выходе охлаждающая вода — 320С;
— массовый расход охлаждающая вода — 10т/ч.
3. Контур технической воды (охлаждающей воды) на теплообменники замкнутых контуров охлаждающей воды оборудования и механизмов предназначен для подачи технической воды на теплообменники замкнутых контуров охлаждающей воды оборудования и механизмов и служит для охлаждения воды контуров. Охлаждающая среда контура технической воды, подаваемая на теплообменники двух других замкнутых контуров, снижает температуру в них, а затем идет в градирню. В градирню поступает также циркуляционная техническая вода, охлаждающая конденсатор паровой турбины. Температура технической воды (в зависимости от сезона) до теплообменников составляет 14 — 32 °С, после теплообменников — до 40 °С.
Вакуумно-конденсационная система турбины имеет следующие параметры охлаждающей воды:
— номинальный расход — 4600 т/ч;
— температура воды на входе в конденсатор —
— температура воды на выходе из конденсато-
— 28,9 °С.
Оценим тепловую мощность и температурный уровень тепловыгх вторичных энергетических ресурсов (рис. 1). Наибольшую температуру имеет охлаждающая вода оборудования и механизмов блока, использование ее в качестве источника низкопотен-
14
ра
циального тепла будет способствовать увеличению коэффициента трансформации теплонаносной установки. Но расход ее небольшой, следовательно ее тепловую мощность более рационально использовать для собственный нужд, например, для горячего водоснабжения или нагрева воды перед ХВО.
Тепловую мощность охлаждающей воды ваккум-но-конденсационной систстемы можно использовать для собственных нужд (например, для нагрева технической воды перед ХВО) и/или для нужд города.
Предлагаемые нами схемы утилизации ВЭР ПГУ представлены на рис. 2.
Оценка ВЭР Курганской ТЭЦ-2 (технической воды, охлаждаемой в градирне) осуществляется по показателям [1]:
1. Выход ВЭР — количество ВЭР, образующихся в процессе производства в данном технологическом агрегате за единицу времени.
2. Выработка энергии за счёт ВЭР — количество энергии, получаемое при использовании ВЭР в утилизационной установке.
3. Использование ВЭР — количество используемой у потребителей энергии, вырабатываемой за счёт ВЭР в утилизационных установках.
4. Экономия топлива за счет ВЭР — количество первичного топлива, которое экономится в результате использования ВЭР.
Максимальный часовой выход теплового ВЭР составляет 73,46 Гкал/час при температуре воды, поступающей на охлаждение, — 28,9 °С, после охлаждения — 14 °С и расходе охлаждающей воды — 4600 т/ч.
Расчетная максимальная часовая выработка энергии за счёт утилизации ВЭР при помощи теплонасос-ной установки составит 89,26 Гкал/час. Расчет осуществлялся по методике, приведенной в [2], основные показатели представлены в табл. 1.
Максимально возможное часовое использование ВЭР составит 100%, так как в настоящее время теплоснабжение города осуществляется на базе городских котельных. Курганская ТЭЦ-2 осуществляет подачу горячей воды только для подпитки отопительной системы. Расход воды на город без подпитки составляет 2000 тонн. При температурном графике 115/70 максимальная тепловая нагрузка составит 90,97 Гкал/ час.
Максимально возможная часовая экономия топлива (природного газа) за счет ВЭР (с учетом газа, идущего на выработку электрической энергии для привода компрессора теплонасосной установки,
I Охлаждающая вода оборудования и механизмов блока
I Охлаждающая воды подшипников механизмов
I Охлаждающая вода вакуум но-конденсационной системы турбины:
Рис. 1. Тепловая мощность и температура ВЭР ПГУ-ТЭЦ
183
Рис. 2. Схема утилизации теплоты технической воды градирни: 1 — конденсатор ПТ; 2 — градирня; 3 — циркуляционная насосная станция; 4 — теплообменники контура охлаждающей воды на охлаждение оборудования и механизмов блока; 5 — теплообменники контура охлаждающей воды механизмов; 6 — испаритель; 7 — компрессор; 8 — привод компрессора; 9 — конденсатор; 10 — дроссель
Таблица 1
Расчетные параметры одиночного теплового насоса
Параметры Значения
Тип рабочего агента К717
Температура испарения хладона 12
Температурный напор на холодном конце испарителя, А 2
Перегрев рабочего агента перед компрессором 8
Температурный напор на холодном конце конденсатора, А 3
Температура конденсации ^ 118
Температура сетевой воды в прямой линии (на выходе из ТНУ) 115
Температура сетевой воды в обратной линии (идущей на нагрев в ТНУ) 70
Внутренний относительный к.п.д компрессора 0,8
Расход сетевой воды, идущей на нагрев на один ТН, м3 178,85
Расход низкопотенциального источника тепла, м3 368,89
Расход фреона 5,36
Степень сжатия рабочего агента 12,16
Процент дросселированния 23,1
Мощность привода компрессора 3627,08
Коэффициент преобразования ТН 2,3
к.п.д. котлов, к.п.д. ПБУ) составит 5403,71 м3/час газа или 6,236 т.у.т./час.
Рассмотрим применение предлагаемой нами схемы с точки зрения оптимизации процесса нагрева сетевой воды для нужд отопления и БВС. Основная задача — получить меньшие затраты топлива при заданной выработке тепловой энергии.
Экономия топлива при сопоставлении теплоснабжения с помощью парокомпрессионных тепловых насосов и котельных определяется:
AG = Gк (1 - Кк / Ктн),
(1)
где Gк — расход топлива в котельной; Кк, Ктн — коэффициенты использования первичной энергии в котельной и тепловом насосе.
Для котельной:
Кк = ^к,
(2)
где ^к — коэффициент полезного действия котла. Для теплового насоса:
Ктн = ф*^ээ(^тд),
(3)
где ф — коэффициент преобразования; ^ээ — коэффициент полезного действия производства электроэнергии в случае использования ТН с электроприводом; ^тд — коэффициент полезного действия в случае использования теплового двигателя (двигатель внутреннего сгорания, паровая или газовая турбина).
В котельной для выработки тепловой энергии используется газовое топливо с объемной теплотой сго-
рания 7900 ккал/м3 (33080 кДж/м3). За отопительный сезон расход газа составит 46,70 млн м3 (при коэффициенте полезного действия котлов ^к = 90 %, полезной выработке теплоты в котельной 320,03 тыс. Гкал в год).
Для Кургана продолжительность отопительного сезона составляет 216 дней, или 5184 ч, т.е. среднечасовая тепловая нагрузка системы теплоснабжения (включая потери в системе) составляет 320030/ 5184 = 61,73 Гкал/ч. Следовательно, теплонасосный теплоисточник должен состоять из восьми агрегатов тепловой мощностью по 8 Гкал/ч.
При работе на источнике низкопотенциального тепла с температурой 140С (утилизируемое тепло ТЭЦ) и среднегодовой температуре нагретой воды теплосети 1000С имеет коэффициент преобразования Ф = 2,7.
Экономия топлива за отопительный период составит: AG = Gк (1 - ^к/(ф*лээ)) = 46,7 (1 - 0,9/ (2,7*0,35)) = 2,22 млн м3.
При стоимости газа на месте потребления 2,5 руб./м3 годовая экономия в денежном выражении составит 5559 тыс. руб.
На основе полученных данных можно сделать вывод, что все рассматриваемые низкопотенциальные тепловые вторичные энергетические ресурсы ТЭЦ сводятся в систему охлаждения технической воды в градирне. ВЭР ТЭЦ возможно использовать для нагрева сетевой воды системы теплоснабжения
города в теплонасосных установках. Экономия топлива за отопительный период составит 2,22 млн м3, или 5559 тыс. руб.
Применение ТНУ будет способствовать совершенствованию действующей технологии производства электрической и тепловой энергии, а также уменьшению нагрузки, оказываемой топливно-энергетическим комплексом на окружающую среду за счет снижения выбросов загрязняющих веществ, получаемых при сжигании природного газа. Кроме того, увеличится доля альтернативных источников энергии в топливно-энергетическом балансе.
Библиографический список
1. Данилов, О.Л. Использование вторичных энергетических ресурсов / О. Л. Данилов, В. А. Мунц. — Екатеринбург : УГТУ УПИ, 2008. — 154 с.
2. Васьков, Е. Т. Термодинамические основы тепловых насосов : учебное пособие для студентов специальностей 270109, 270105, 190601 / Е. Т. Васьков. — СПб. : С.-Петерб. гос. архит.-строит. ун-т, 2007 (СПб.). — 127 с.
ТРЕТЬЯКОВА Полина Александровна, ассистент кафедры «Промышленная теплоэнергетика». Адрес для переписки: Polina_tret@mail.ru
Статья поступила в редакцию 07.03.2014 г. © П. А. Третьякова
удк 621319 О. А. ЯКОВЛЕВ
Ю. В. МОЛОКИН Е. А. ЧАЩИН
Opra Turbines BV (Нидерланды)
Ковровская государственная технологическая академия им. В. А. Дегтярева
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ТОПЛИВОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
Описан способ повышения полноты сгорания топливовоздушной смеси в рабочем объеме двигателя внутреннего сгорания во всем диапазоне режимов эксплуатации двигателя. Предложена электрическая схема устройства электростатической обработки, дан алгоритм его работы, основанный на результатах изменения концентрации синглет-ного кислорода. Показана возможность увеличения эффективной мощности, крутящего момента на 10 % при одновременном снижении концентрации СО на 9—12 %.
Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, топливовоздушная смесь, электростатическая обработка.
Введение. В настоящее время одной из актуальных является проблема ресурсосбережения и повышения экологической безопасности, последнее применительно к транспорту, использующему как силовые агрегаты тепловые двигатели, сводится к решению задачи уменьшения токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ, при сохранении энергетических параметров двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Решение поставленной задачи возможно обеспечением соответствия временных интервалов, определяемых временем, в течение которых происходит сгорание топливно-воздушной смеси
(ТВС) в рабочем объеме ДВС, и временем, ограниченным фазами газораспределения [1, 2]. Известно, что время сгорания ТВС при эксплуатации автомобильного транспорта в городском режиме многократно изменяется в связи с изменениями режимов работы ДВС от холостого хода до режима полной нагрузки. Поэтому известные способы управления полнотой сгорания ТВС, такие как начальная регулировка угла опережения зажигания, выбор профиля кулачка распределительного вала, изменение состава ТВС и т.п., не обеспечивают полноты сгорания ТВС в рабочем объеме ДВС во всем диапазоне режимов
