CC BY
32
2. Оопырин, Л.С. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок |'[сксг| / Л.С. Попырин.— М.: Энергия, 1978,- 416 с.
3. Малинина, Т.В. Экономика отраслей топливно-энергетического хозяйства [Тексту учебное пособие / Т.В. Малинина, В.А. Таратин.— СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2005,- 127 с.
4. Мелентьев, Л.А. Избранные труды: Методология системных исследований в энергетике [Текст] / Л.А. Мелентьев // Сост. Г.М. Беляева, Л. С. Попырин.— М.: Наука. Физматлит, 1995.— 302 с.
5. Системные исследования проблем энергетики |Текст| / Под. ред. Н.И. Воропая.— Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 2000.— 558 с.
6. Основное оборудование строящихся и действующих ПГУ. Газотурбинные технологии [Тексту Каталог газотурбинного оборудования.— 2009,- С. 135-142.
7. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов [Тексту вторая редакция / М-во экон.РФ, М-во фин. РФ, ГК по стр-ву, архит. и жил. политике.— М.: Изд-во «Экономика», 2000.— 421с.
УДК 621.31 1.22:621.577.42
МЛ. Молодки на
ТЕПЛОВОЙ НАСОС В ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЕ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРА
В процессе эксплуатации для надежной и бесперебойной работы электрогенераторов необходимо обеспечивать надлежащий отвод выделяющейся теплоты. В частности, для турбогенератора с воздушным охлаждением ТЗФГ- 160-2МУЗ номинальная температура холодного воздуха внутри корпуса составляет 40 °С, соответственно при превышении температуры мощность генератора должна быть уменьшена до величины, при которой температуры обмоток статора и ротора, а также сердечника статора не будут превышать наибольшие допустимые в эксплуатации значения. Если при разгрузке генератора температура холодного воздуха не снижается до 50 °С, его следует отключить от сети не более чем через 5 минут после поступления сигнала.
С ростом мощности электрических машин условия отвода теплоты ухудшаются, соответственно возникает необходимость применения достаточно интенсивных способов охлаждения [2].
На рис. 1 представлена упрощенная схема системы охлаждения генератора ТЗФГ-160-2МУЗ. Воздух, циркулирующий в генераторе, охлаждается четырьмя воздухоохладителями (ВО), расположенными по бокам корпуса статора; отвод теплоты от них производится обессоленной водой, циркулирующей по замкнутому контуру. Обессоленная вода охлаждается технической во-
дой в водоводяном теплообменнике (ВВТО) типа МЗО-FG фирмы Alfa Laval. Схема предусматривает возможность перехода на разомкнутый цикл охлаждения с подачей технической воды непосредственно в воздухоохладитель.
Один из серьезных недостатков существующей схемы — существенное влияние технической воды невысокого качества на режим отвода теплоты от генератора. При повышении темпе-
Сливной технический водовод
нхь
t
Обессоленная вода
Напорный технический водовод
Рис. 1. Схема охлаждения генератора: 1 — воздухоохладитель генератора; 2 — насос замкнутого контура системы охлаждения генератора; 3 — водоводяной теплообменник
ратуры охлаждающей обессоленной воды на входе в воздухоохладитель вследствие ухудшения теплообмена в ВВТО контур охлаждающей воздухоохладитель воды размыкается, обессоленная вода направляется на слив, водоводяной теплообменник выводится в ремонт, а в воздухоохладители направляется техническая вода. В конечном счете низкое качество технической воды приводит к необходимости вывода в ремонт воздухоохладителей, а поскольку длительность работы генератора при одном отключенном ВО допускается не более 24 часов при нагрузке не выше 75 % от номинальной, а при отключении более одного воздухоохладителя запрещается вовсе, то под угрозой оказываются надежность и бесперебойность работы электрогенератора.
В то же время система охлаждения генератора может рассматриваться как источник низкопотенциальной теплоты (ИНТ), сбрасываемой вместе с технической водой в градирню. В табл. 1 представлены результаты расчета количества низкопотенциальной теплоты, теряемого в одном воздухоохладителе и в целом в системе охлаждения генератора (расчет произведен для генератора ТЗФГ-160-2МУЗ).
Для утилизации выбросов низкопотенциальной теплоты из системы охлаждения генератора предлагается в уже существующую схему внести следующие изменения, отраженные на рис. 2. По-
ток охлаждающей ВО обессоленной воды следует направить в испаритель теплового насоса (ТН), где, охлаждаясь до нормативной температуры, он будет отдавать теплоту хлад оагенту, после чего, достигнув номинальных параметров, поступит непосредственно в воздухоохладители генератора. Хладоагент будет подаваться после испарителя в приводимый в действие двигателем компрессор ТН, где его параметры будут повышаться, затем в конденсатор ТН, с отдачей здесь теплоты, после чего хладоагент подвергается дросселированию до первоначальных параметров. Предусмотрена также возможность полного или частичного возращения к первоначальной схеме охлаждения генератора при возникновении необходимости вывода в ремонт теплонасосной установки.
Кдостоинствам предложенной схемы можно отнести:
возможность применения для аналогичных турбогенераторов, установленных налюбых тепловых электростанциях;
отсутствие прямой взаимосвязи с основной тепловой схемой ТЭС за исключением линии подпитки контура обессоленной воды;
отсутствие непосредственного влияния на режимы работы основного и вспомогательного оборудования ТЭС (резервное охлаждение обессоленной воды может происходить в водоводя-ном теплообменнике);
Таблица 1
Расчет потерь низкопотенциальной теплоты в системе охлаждения генератора
Название параметра Единицы Значение
измерения параметра
Максимально допустимое давление охлаждающей воды перед ВО МПа 0,6
Номинальная температура охлаждающей воды перед ВО °С 28
Энтальпия охлаждающей воды перед ВО кДж/кг 117,93
Расход охлаждающей воды перед ВО м7ч 22,5
Температура охлаждающей воды после ВО °С 34,5
Энтальпия охлаждающей воды после ВО кДж/кг 145,09
Номинальная температура охлаждающего воздуха на выходе из ВО °С 40
Номинальная температура охлаждающего воздуха на входе в ВО °С 80
Изобарная тешоемкость воды кДж/кгЖ 4,18
Изобарная тешоемкость воздуха кДж/кгЖ 1,01
Теплота,отводимая одним воздухоохладителем кВт 615
Низкопотенциальная тештота,теряемая в системе охлаждения генератора кВт 2460
Низкопотенциальная тешгота,теряемая в системе охлаждения генератора, кг.у.т./ч 302,2
переведе в условное тогошво
Рис. 2. Схема включения теплового насоса в схему охлаждения генератора:
1 — воздухоохладитель генератора; 2 — насос замкнутого контура системы охлаждения генератора; 3 — конденсатор ТН; 4 — компрессор ТН; 5— испаритель ТН; 6— дроссель; 7— привод компрессора; 8 — водоводяной теплообменник для резервирования охлаждения обессоленной воды
отсутствие влияния качества технической воды на работу предложенной схемы охлаждения генератора;
сокращение количества потребляемой технической воды;
выработку дополнительного количества вы-сокопотенциалыюй теплоты, которая может как использоваться на собственные нужды ТЭС, так и отпускаться внешнему потребителю. Недостатки схемы:
необходимость подачи электроэнергии на привод компрессора ТН, а следовательно, снижение полезного отпуска электроэнергии от ТЭС;
прямая зависимость от изменения электрической нагрузки и вместе с тем полное отсутствие влияния на режимы работы основного оборудования ТЭС, что в целом снижает маневренность теплонасосной установки (ТНУ).
На основании данных, приведенных в табл. 1, были рассчитаны характеристики теплового насоса, способного утилизировать низко потенциальную теплоту, теряемую в системе охлаждения генератора ТЗФГ- 160-2МУЗ, для двух различных режимов работы конденсатора ТНУ:
1) температуры теплоприемника на входе и выходе из конденсатора ТН приняты равными
Т* = 60 °С и Гц = 80 °С (предполагается даль-
нейшее использование теплоприемника для отопления);
2) температуры теплоприемника на входе и выходе из конденсатора ТН приняты равными
= 50 °С и Т*ых = 70 °С (предполагается возможность использования теплоприемника для горячего водоснабжения).
Для расчета теплового насоса принимались следующие параметры:
температуры ИНТ на входе в испаритель ТН
Т"хол = 34,5 "С (расчетная температура, соответствующая нормативному теплосъему в воздухоохладителе при обеспечении минимального допустимого расхода охлаждающей воды);
температура ИНТ на выходе из испарителя
ТН Г"ыход = 28 °С (номинальная температура
охлаждающей воды перед ВО);
расход ИНТ Синт = 324 м3/ч = 90 кг/с (минимально допустимый расход охлаждающей воды);
рабочий агент — фреон Ю1 (выбран исходя из его термодинамических свойств [ 1 ]);
минимальные разности температур между греющей и нагреваемой средами в испарителе Д^, ковденсаторе А7к приняты одинаковыми (А^ = Л7К= 5 °С);
внутренний относительный КПД компрессора — ^,-=0,8.
В табл. 2 приведены результаты расчета характеристик теплового насоса для различных направлений использования теплоприемника.
Расчеты показали, что наиболее эффективен с точки зрения коэффициента преобразования энергии и расхода приемника низкопотенциальной теплоты режим работы конденсатора теплового насоса 50/70, предусматривающий использование теплоприемника для горячего водоснабжения, причем не только на собственные нужды ТЭС, но и для отпуска стороннему потребителю (параметры и расход теплоприемника — это позволяют).
Поскольку нагрузка систем горячего водоснабжения в течении суток колеблется в значительных пределах, существенным препятствием для работы теплового насоса в наиболее эффективном из двух рассмотренных режимов является невысокая маневренность теплонасосной установки, связанная с необходимостью непрерывного поддержания режима охлаждения генератора.
Для регулирования количества теплоты, отпускаемого от теплонасосной установки,а также для снижения влияния на него электрической нагрузки генератора и, таким образом, для повышения маневренности ТНУ схемой предусмотрен режим работы ТН + ВВТО, предполагающий возможность перераспределения расходов обессоленной воды между испарителем теплового насоса и водоводяным теплообменником, охлаждаемым технической водой.
Кдостоинствам предложенного совместного режима работы можно отнести:
повышение маневренности теплонасосной установки;
снижение электрической мощности, потребляемой компрессором ТНУ;
резервирование системы охлаждения генератора.
Недостатки режима работы ТН + ВВТО: влияние на работу системы охлаждения качества технической воды;
безвозвратные потери части выделяющейся низкопотенциальной теплоты с технической водой.
На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
1. Один из возможных способов энергосбережения на тепловой электростанции — вовлечение теплового насоса в схему охлаждения генератора с целью утилизации части низкопотенциальной теплоты, сбрасываемой в градирню. При этом также появляется возможность ликвидировать отрицательное влияние, оказываемое невысоким качеством технической воды на режим отвода теплоты от генератора, и сократить потребление технической воды.
2. Применение теплового насоса в системе охлаждения генератора не потребует значительных изменений в уже существующей схеме. Для обеспечения эффективного перепадатемператур между приемником низкопотенциальной теплоты и ее источником необходимо будет лишь снизить расход обессоленной воды, циркулирующей в воздухоохладителе генератора, до минимально допустимого значения.
3. Небольшие затраты электроэнергии на привод компрессора теплонасосной установки
Таблица 2
Расчет характеристик теплового насоса, используемого в схеме охлаждения генератора
Параметры Единицы измерения Значения параметров в даух ретагмах работы конденсатора ТН
60/80 50/70
Расход рабочего агента кг/с 19,5 18,2
Расход нагреваемой воды кг/с 38,7 36,9
Нагрузка ковденсатора ТН кВт 3245 3085
Нагрузка испарителя ТН кВт 2444 2444
Электрическая мощность компрессора кВт 1000 801
Коэффициент трансформации - 3,2 3,9
наряду с отсутствием прямой взаимосвязи с основной тепловой схемой ТЭС (за исключением линии подпитки контура обессоленной воды) являются преимуществами данной схемы по сравнению с утилизацией низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и технической воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины в обход градирни.
4. Особенность предложенного варианта применения теплового насоса на тепловых электростанциях — прямая зависимость режима работы теплонасосной установки от электрической нагрузки генератора.
5. Наиболее эффективным с точки зрения коэффициента преобразования энергии и расхода
приемника низкопотенциальной теплоты является режим работы конденсатора теплового насоса 50/70, предусматривающий использование теп-лоприемникадля горячего водоснабжения.
6. Для повышения маневренности ТНУ, применяемой в системе охлаждения генератора, предусмотрен режим работы ТН + ВВТО, предполагающий возможность перераспределения расходов обессоленной воды между испарителем теплового насоса и водоводяным теплообменником, охлаждаемым технической водой.
7. Единообразие замкнутых систем воздушного охлаждения для турбогенераторов позволяет применять исследованную схему на любых тепловых электростанциях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Боровков, В.М. Эффективность применения тепловых насосов на тепловых электростанциях с парогазовыми установками [Текст]: учебное пособие / В.М. Боровков, А. Аль-Алавин.— СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2008.— 264 с.
2. Вольдек, А.Н. Электрические машины [Текст]
/ А.Н. Вольдек.— J1.: Энергия, 1978.— 832 с.
3. Соколов, Е.Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения [Текст]: учебное пособие / Е.Я. Соколов, В.М. Бро-дянский.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Энергоиз-дат, 1981,- 320 с.
УДК 620.92; 620.9:662.62; 620.9:662.92
М.С. Басс
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВНЕДРЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ПРОЕКТОВ
(на примере Забайкальского края)
По оценкам, принятым в «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением № 1234-р Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 года, существующий потенциал энергосбережения составляет 360—430 млн т у.т., или 39—47 % текущего внутреннего потребления первичной энергии. Почти третья часть его сосредоточена в отраслях ТЭК (в том числе четверть — в электроэнергетике и теплоснабжении), еще 35—37 % — в промышленности и 25—27 % — в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Чтобы оценить эффективность использования тепловой энергии необходимо рассматривать весь комплекс — источники, тепловые сети
и потребители, как в совокупности, так и по отдельности. Каждый объект данного комплекса имеет свой потенциал энергосбережения, эффективность его работы влияет и на остальные составляющие.
Существуют два основных источника централизованного теплоснабжения — котельные и ТЭС.
Тепловые электрические станции представляют собой достаточно совершенное производство, отвечающее технологическому уровню времени их постройки. Разумеется, большинство станций морально и физически устарело, и требуется их серьезная модернизация или введение новых мощностей.
