автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Повышение эффективности тепловых двигателей с использованием теплонасосных установок при неравномерном графике энергопотребления

005009217

На правах рукописи

ТЕРЕХОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ГРАФИКЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

05.04.02 - тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 ОЕЗ 2012

Москва - 2012 г.

005009217

Работа выполнена на кафедре теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Шаталов И.К.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гришин Д.К.

Ведущая организация:

кандидат технических наук Фролов М.Ю.

Московский государственный технический университет (МАМИ)

Защита диссертации состоится " 29 " февраля 2012 г. в 15 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.203.33 при Российском университете дружбы народов по адресу: 117302, г. Москва, ул. Подольское шоссе, 8/5. ауд. 431.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6. Автореферат отправлен на сайт ВАК: referat_vak@mon.gov.ru.

Автореферат разослан Лчб 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.203.33, кандидат технических наук, профессор

JI.B. Виноградов

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ КУ - когенерационная установка, ГТУ - газотурбинная установка, ПТУ - паротурбинная установка, ПТУ - парогазовая установка, ТД - тепловой двигатель, ТНУ - теплонасосная установка, КИТ - коэффициент использования топлива, Ne - эффективная мощность, т]е- эффективный КПД, ц- коэффициент преобразования.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является важнейшей задачей. В связи с этим приоритетным является внедрение в Российской Федерации энергосберегающих технологий на промышленных предприятиях и в коммунальном секторе. Российская тепловая энергетика в настоящее время в основном использует для генерации устаревшие паротурбинные энергоблоки, обладающие низким КПД и в значительной степени выработавшие свой ресурс, и остро нуждается в модернизации и наращивании мощностей.

Наряду со способами повышения экономичности тепловых двигателей за счёт совершенствования их конструкции и повышения параметров рабочей среды (повышение начальной температуры газа, степени повышения давления в компрессоре и др.), эффективным путем более полного использования энергии сжигаемого топлива является утилизация вторичных энергоресурсов, образующихся при работе тепловых двигателей, в том числе и теплоты отработавших газов тепловых двигателей.

Проблеме рационального использования энергии уделяется внимание на государственном уровне. Правительством России утвержден проект энергетической стратегии до 2030 г. В 2009 г. принят федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности».

Диссертационная работа посвящена проблеме повышения эффективности тепловых двигателей (ТД) для совместного производства электрической и тепловой энергии за счет наиболее полной утилизации их вторичных энергоресурсов, в том числе с применением теплонасосных установок (ТНУ) и выбора оптимальных режимов работы ТД совместно с ТНУ при переменном графике потребления электрической и тепловой мощности.

Также существует проблема оценки эффективности работы тепловых двигателей работающих совместно с теплонасосными установками. Поэтому в работе приведена методика для определения основных параметров ТНУ, работающих в схемах электро- и теплоснабжения отдельного потребителя.

Рассмотрены вопросы совместной работы теплового двигателя и ТНУ при изменении параметров окружающей среды, выполнено экспериментальное

исследование влияния работы теплонасосной установки на режимах частичной мощности.

Актуальность работы определяется необходимостью перехода от традиционных источников электро- и теплоснабжения (котельных, ТЭС) к новым на базе когенерационных установок (КУ), а также использованию низкопотенциальных источников энергии с помощью теплонасосных установок (ТНУ). В качестве таких установок могут выступать КУ на базе ГТУ и ДВС, работающие совместно с ТНУ.

Цель диссертационной работы - повышение эффективности тепловых двигателей (дизеля, ГТУ) при их совместной работе с теплонасосными установками в условиях неравномерного графика потребления электрической и тепловой энергии.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи.

1. Уточнение методики расчета ТНУ с учетом потерь эксергии в ее элементах. На основе расчетно-теоретического анализа оценка значений эксергетических потерь в элементах ТНУ.

2. Анализ работы тепловых двигателей на режимах частичной мощности с различными потребителями мощности (электрогенераторы, центробежные и поршневые компрессоры ТНУ).

3. Уточнение зависимостей для определения основных параметров дизеля и ГТУ на режимах частичной мощности.

4. Разработка методики и программы расчета основных параметров когенерационной установки, включающей ТНУ и работающей при неравномерном графике тепловой и электрической нагрузки.

5. Расчетно-теоретический анализ работы КУ на базе дизеля и ГТУ при децентрализованном энергообеспечении.

6. Экспериментальное исследование работы теплонасосной установки на частичных режимах.

Методы исследования. В работе применены экспериментальные и расчетно-аналитические методы исследования, в том числе проводилось моделирование режимов работы когенерационной установки на базе дизеля и ГТУ, работающих совместно с ТНУ.

Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью результатов с результатами опубликованных экспериментальных исследований, обработанных с применением методов математической статистики. Научная новизна диссертационной работы состоит: в разработке методики расчёта и получении конкретных количественных результатов по исследованию совместной работы тепловых двигателей (дизель, ГТУ) и ТНУ при неравномерных графиках электрической и тепловой нагрузок; в уточнении методики расчета ТНУ с учетом потерь эксергии в ее элементах; выполнена доработка экспериментальной установки для исследования ТНУ при различных способах регулирования.

Практическая значимость работы.

1. Показана практическая значимость эксергетического анализа, как одного из наиболее корректных и удобных для определения эффективности сложных, из-за разного по типу оборудования, систем для производства двух или более видов энергии (электрической, тепловой, и т.д.).

2. Уточнена методика эксергетического расчета ТНУ.

3. Даны рекомендации по выбору и применению когенерационных установок с различным типом теплового двигателя (дизель или ГТУ) работающих совместно с ТНУ в условиях неравномерного графика энергопотребления.

4. Программу расчета можно использовать для расчета параметров когенерационной установки и оценки ее эффективности при заданных графиках электрической и тепловой мощности.

5. Модернизированная экспериментальная установка позволяет производить экспериментальные работы с целью уточнения и выявления особенностей работы ТНУ на частичных режимах при различных способах регулирования.

Реализация результатов работы. Результаты проведенного исследования используются при выполнении научно-исследовательской работы кафедры теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов, в учебном процессе, в том числе при подготовке магистров и аспирантов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях инженерного факультета РУДН, а также на XXI Всероссийской межвузовской конференции «Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2008 г.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 11 опубликованных работах.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка используемой литературы и приложений. Содержание работы изложено на 155 страницах машинописного текста, включая 73 рисунка и 13 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность более полного использования теплоты сгорания топлива с использованием когенерационных установок на базе тепловых двигателей, повышение экономичности и экологической безопасности тепловых двигателей включением в схему утилизации теплоты их вторичных энергоресурсов тепловых насосов.

В первой главе выполнен обзор литературы, посвященной вопросам когенерации. Обоснованы и поставлены цель и задачи исследования.

Когенерация- это совместное производство тепловой и электрической энергии, в одной установке. Рассмотрены различные виды когенерационных установок в зависимости от типа теплового двигателя. Рассмотрена

когенерация на базе установок с ДВС, паротурбинных, газотурбинных и парогазовых установок. В России широко распространены паротурбинные установки и значительное количество электроэнергии и теплоты вырабатывается в комбинированном цикле теплофикационными турбинами ТЭЦ. Однако, при высоких значениях эффективности ДВС, а также при значительном росте технико-экономических показателей ГТУ за последнее время весьма перспективным представляется применение именно этих технологий для комбинированной выработки, тем более - в условиях децентрализованного энергоснабжения. Этому направлению уделяется большое внимание за рубежом.

В Германии планируется увеличение в ближайшие годы комбинированной выработки электричества и теплоты в 2,4 раза. Правительство этой страны стало инициатором принятия закона о содействии развитию когенерирующих (теплофикационных) мощностей и закона об экологическом налоге, которым предусмотрено освобождение от этого налога электроэнергии, произведенной на КУ.

Особенностью электрической и частично тепловой энергии состоит в том, что ее нужно производить в данный момент столько, сколько это необходимо потребителю. Вопросы аккумулирования электрической и тепловой энергии еще далеки от своего решения. Графики потребления энергии имеют весьма неравномерный характер по времени суток, по дням, неделям. Особенно велики сезонные отклонения от средних по году.

Суточный график электрической нагрузки принято делить на три зоны: базовую, полупиковую и пиковую (рис. 1). Здесь: а - коэффициент неравномерности (отношение минимальной нагрузки к максимальной) , Р -коэффициент плотности (отношение средней нагрузки к максимальной).

Ох

0 * в >г т 20 Рис. 1. Основные зоны графика электрической нагрузки:

1 - минимальная нагрузка,

2 - средняя нагрузка

1н.в. > °С

Рис. 2. Потребление тепловой энергии

Потребление тепловой энергии неравномерно в течение суток, дней недели и в особенности велики отклонения сезонные. На рис. 2 представлен график потребления тепловой энергии для средней полосы европейской части России в зависимости от температуры наружного воздуха. При температуре

1НВ выше +10 °С потребность в теплоте (на горячее водоснабжение - 06ыт) составляет лишь 15 - 20 % от максимальной.

При централизованном энергообеспечении всякая энергосистема должна располагать широким спектром энергетического оборудования для работы в любой части графика. Однако это практически невозможно. Для покрытия пиковых нагрузок применяются высокоманевренное оборудование, обладающее зачастую меньшей экономичностью. Поэтому оборудование эксплуатируется на режимах частичной мощности, где его эффективность заметно снижается.

Для децентрализованного энергообеспечения, где чаще всего используются когенерационные установки, эта проблема еще более усложняется. Одним из реальных способов выхода из этой ситуации может быть использование ТНУ в схемах с когенерационными установками на базе тепловых двигателей. В этом случае появляется возможность для использования теплового двигателя на экономичном режиме (номинальной мощности), а излишки электроэнергии в ночные часы используются для привода теплонасосной установки.

Тепловые насосы широко используются в различных отраслях, в том числе для теплоснабжения. Доля при теплоснабжении, обеспечиваемая ТНУ в США составляет 37 %, Австрии и Швеции - более 50 %. В США эксплуатируются более 5 млн. ТНУ, общей мощностью 5 ГВт. Наибольшее распространение получили парокомпрессионные ТНУ.

На рис. 3 представлена схема парокомпрессионной теплонасосной установки и ее термодинамический цикл (рис. 4). ТНУ осуществляет передачу внутренней энергии от теплоносителя с низкой температурой к теплоносителю с более высокой температурой. Энергоносители, поставляющие тепловую энергию низкого потенциала для осуществления теплонасосного цикла, называют источниками низкопотенциальной теплоты (ИНТ).

-► Теппопотребитепь

И

2

и-ИНТ

Рис. 3. Схема парокомпрессионной ТНУ Рис. 4. Термодинамический цикл КМ - компрессор, К - конденсатор, парокомпрессионной ТНУ в ^(Р), 1 И - испаритель, РВ - регулирующий диаграмме вентиль, ЭД - электродвигатель, ИНТ — источник низкопотенциальной теплоты

Энергоносители, воспринимающие в теплонасосном цикле энергию повышенного потенциала Q, называют теплопотребителями.

Эффективность работы теплонасосной установки характеризуется отношением тепла Q, полученного теплопотребителем, к потребленной ТНУ электрической мощности N^. Данную величину называют коэффициентом преобразования ТНУ: ц = Q/Nnp, значение ц всегда больше единицы.

В работе рассмотрены области применения ТНУ и факторы сдерживающие их еще большое распространение. Одним из таких факторов является отсутствие подходящих рабочих агентов, которые с одной стороны удовлетворяли экологическим требованиям (Киотское и Монреальское соглашения), а с другой стороны обладали высокими термодинамическими свойствами. Второй фактор связан с низкими температурами теплоносителя на выходе из ТНУ, недостаточными для непосредственного применения в промышленности и для целей теплоснабжения. В первом случае ведутся исследования по созданию новых альтернативных рабочих агентов. Вторая проблема может быть решена за счет применения ТНУ с другими дополнительными источниками для производства теплоты, например тепловыми двигателями с утилизацией их вторичных энергоресурсов.

В нашей стране развитию ТНУ уделяется недостаточное внимание, несмотря на ряд важных решений по развитию энергоэффективности в экономике (ФЗ № 261 и др.).

В работе приводятся технические характеристики ТНУ, выпускаемых в России. Внедрению современных схем энергообеспечения на базе КУ с ТНУ тормозит также недостаточные технические проработки конкретных схем, эксплуатация ТНУ на режимах частичной мощности и др.

Во второй главе проведено уточнение методики расчета ТНУ эксергетическим методом. В отличие от общепринятой методики, где определяется суммарный эксергетический КПД, в предлагаемой методике определяются потери эксергии в каждом из элементов ТНУ: компрессоре, конденсаторе, охладителе, дросселе, испарителе. Такой подход позволяет наиболее точно определить эффективность каждого элемента, подобрать оптимальные для его работы и установки в целом параметры и схему. Такой расчет может служить хорошей основой для дальнейшего технико-экономического анализа. Эксергетический подход изначально учитывает качество различных по типу энергии потоков, позволяет рассматривать эффективность каждого элемента по входящей и выходящей из него эксергии, в этом случае можно (если в этом нет необходимости) не уточнять какой характер представляют эти потери (механические, тепловые, и.т.д.)

По предложенной методике был выполнен эксергетический анализ работы парокомпрессионной ТНУ с поршневым компрессором. По результатам расчета было выявлено, что наибольшие потери эксергии имеют место в компрессоре (около 20 % от подведенной к установке эксергии). Предложены

зависимости для определения параметров поршневого компрессора на режимах частичной мощности.

Работа поршневого компрессора зависит от режима работы теплонасосной установки. Регулирование производительности ТНУ может производиться уменьшением давления на выходе из компрессора рк, либо за счет снижения проходного сечения дросселя, либо перепуском рабочего тела. При этом уменьшается степень повышения давления тхк =рк/рв, где рв -давление на входе в насос. Другой способ регулирования - уменьшение частоты вращения компрессора пк, т.к. расход рабочего тела в пропорционален этой величине.

При уменьшении теплового потока от холодного источника к испарителю ТНУ увеличивается давление рв и температура Тв на входе в компрессор. Кроме того, уменьшается сухость х рабочего тела, газ становится влажным, а его показатель адиабаты к = Ср/Си снижается (Ср - теплоемкость при

постоянном давлении, Си - та же величина при постоянном объеме).

В работе предложена методика определения параметров поршневого компрессора на частичных режимах (в зависимости от лк).

И;. Ик. кВт--ад- КДЖ'КГ

11 УУУ 140

120

100 80

а кг/с 0,08 Гч^ 60

0,075 0,07

>« Ч,- Мм 0,% 0.92 0,83 0,84 0,8

ад

V

-С —

1 2 3 4 Рис. 5. Зависимость мощности >1К и Ы;, адиабатической работы Цад, расхода рабочего тела в, коэффициента подачи X, внутреннего Г)) и механического г)м КПД компрессора от степени повышения давления 71к в компрессоре: пк =300мин"', Ст =3м/с, Уь = 0,0147м3

Зависимость параметров поршневого компрессора от степени повышения давления лк представлена на рис. 5.

При этом мощность компрессора определялась по выражению

60 к-1 Ч /

где Уь - рабочий объем цилиндра, р - плотность рабочего тела на входе в цилиндр, £ = Т1К /X = 1,05 -ь 1,15, X - коэффициент подачи, г|к - внутренний КПД компрессора.

Обработка результатов испытаний компрессора позволила предложить следующую эмпирическую зависимость для X

гДе ^тах = 0>9-0,95; а =0,05- 0,10.

Величина механических потерь в компрессоре ТНУ в сильной степени влияет на затрачиваемую на его привод мощность 1ЧК. Предлагается определять механический КПД компрессора т]м на режимах частичной мощности по выражению

= 1_ ^ЛмО М N,/N,0'

где индексом «0» обозначены параметры номинального (расчетного) режима. В соответствии с этим выражением, зависимость механического КПД от внутренней мощности компрессора выглядит так, как показано на рис. 6.

Т]М 1

0,8

0,6

0,2

1 тшл = 0,9

Пмо = 0,8

0,2

0,4

0,6

0,8

№

В третьей главе проведён анализ работы тепловых двигателей на режимах частичной мощности для привода электрогенераторов и других потребителей мощности

(центробежные и поршневые компрессоры ТНУ).

В первой главе было подчеркнуто, что потребление электрической мощности сильно зависит от времени суток, а тепловой -от температуры наружного воздуха. Главные параметры дизеля - это эффективная мощность N5, эффективный КПД т|с (удельный расход топлива £е), среднее эффективное давление ре, частота вращения п, температура отработавших газов 1Г и ряд других. Кроме эффективных параметров, большое значение имеют индикаторные параметры - индикаторный КПД г|:, среднее индикаторное давление индикаторная мощность . В работе рассмотрено изменение этих параметров на режимах частичной мощности, так как тепловые двигатели значительную часть времени работают в нерасчетных режимах.

Рис. 6. Зависимость механического КПД поршневого компрессора от мощности

Так при уменьшении мощности одновальной ГТУ вдвое эффективный КПД падает на 25 %, а при Nc = 0,2 величина г|е уменьшится почти в 2 раза. Для двухвальной ГТУ это снижение составляет 20 %. Для дизельного двигателя это снижение значительно меньше. Так при уменьшении мощности при n = const эффективный КПД сначала несколько возрастает, а затем падает. Это падение связано, главным образом, со снижением механического КПД дизеля, происходящего при снижении Ne.

Эффективность ГТУ на частичных режимах падает более сильно по сравнению с дизельным двигателем. В работе предложена методика расчета ГТУ на частичных режимах с использованием обобщенных характеристик осевого компрессора, разработанных проф. P.M. Федоровым.

По предлагаемой методике были выполнены расчеты для одновальной ГТУ SGT-800 фирмы Siemens при n = const, работающей в составе ПГУ на предприятиях ОАО «Мосэнерго». ГТУ имеет 15-ти ступенчатый осевой компрессор с поворотными спрямляющими аппаратами первых 3-х ступеней и двумя перепусками воздуха. У трехступенчатой турбины охлаждаются воздухом лопатки первых двух ступеней. Основные данные ГТУ SGT-800: мощность - 45 МВт, частота вращения компрессора и силовой турбины - 6608 и 1500 мин"1, температура газа перед турбиной - 1523 К, температура газа на выходе - 811 К, расход газа - 130 кг/с.

j-1 ,„i_I_I

О 9 18 27 3(5 45 Ne. МВт Рис. 7. Сравнение экспериментальной 1) и расчетной 2) зависимости КПД ГТУ SGT-800 от мощности при n = const = 6608 мин-1

На рис. 7 представлена нагрузочная характеристика газовой турбины Siemens SGT - 800 данная производителем и характеристика, полученная в результате расчета для одновальной ГТУ с аналогичными параметрами.

Кроме показателей эффективности для ДВС и ГТУ с утилизацией тепла очень важно знать температуру и расход ОГ, т.к. эти величины определяют возможное количество утилизируемой теплоты.

Для дизельного двигателя температура ОГ на выходе из турбокомпрессора определялась по выражению

г _ Срвасрув + (^(1 - г|е - д„ - дм - дох) Срг(1 + аФЬ0)

где 1В - температура на входе в компрессор; , дм, яох - относительное количество теплоты, отдаваемое дизелем в охлаждающую воду, масло и получаемое в охладителе наддувочного воздуха, а - коэффициент избытка воздуха, ф - коэффициент продувки. Ь0 - стехиометрический коэффициент, Срв и Срг - теплоемкость воздуха и газов при постоянном давлении.

Зависимость температуры ОГ от эффективной мощности дизеля М-756 (12ЧН 18/20) приведена на рис. 8. Видно, что при увеличении суммарного коэффициента избытка воздуха на нагрузочной характеристике (п = 1500 мин-1) температура ОГ увеличивается с 450 °С при ас = а • ф = 2,7 до 660 °С при ас=1,8.

В четвёртой главе рассмотрена работа тепловых двигателей в схемах энергообеспечения отдельного потребителя в условиях неравномерного графика электрической нагрузки. Проведен расчетный анализ энергообеспечения с двумя типами когенерационных установок: на базе дизельного двигателя и ГТУ.

Проведено сравнение двух вариантов использования КУ. В первом варианте тепловой двигатель вырабатывает электрическую мощность в соответствии с графиком ]\1С = Дт) (рис. 9), и работает значительную часть времени на частичных режимах. Теплота ОГ используется для подогрева сетевой воды, идущей к теплопотребителю. Схема такой КУ на базе ГТУ представлена на рис. 10.

\

1,7 1,9 2.1 2,3 2,5 2,7 ас=а.ф

Рис. 8. Зависимость температуры ОГ дизеля М-756 от суммарного коэффициента избытка

t, ч

Рис. 9. График потребления электрической мощности в зависимости от времени суток

мощности

Рис. 10. Теплофикационная ГТУ: ГВТО - газоводяной теплообменник, КС -камера сгорания, Т - турбина, Эл. Г -генератор, ПВК - пиковый водогрейный котел

Во втором варианте КУ используется совместно с ТНУ для получения дополнительной тепловой мощности.

Такая КУ на базе дизельного двигателя с включением в схему ТНУ представлена на рис. 11.

Схема включает в себя дизель-генератор, ТНУ, теплообменник охлаждающей жидкости, газоводяной теплообменник, пиковый водогрейный котел.

Основные данные КУ на расчетном режиме. Дизель-генератор: электрическая мощность - 6000 кВт, часовой расход топлива - 1080 кг/ч, тепловая мощность - 5240 кВт, температура ОГ - 485 °С, эффективный КПД -0,46. ТНУ: мощность, затрачиваемая на привод компрессора - 2640 кВт, рабочий агент - R-22, коэффициент преобразования - 3,9.

В этой схеме дизель-генератор все время работает на номинальной мощности, ТНУ работает с 22 до 8, в часы минимального потребления электрической энергии (в ночное время). Так как ТНУ имеет привод от электродвигателя, то все избытки электрической энергии идут на привод ее компрессора.

Результаты проведенных расчетов представлены на рис. 12 и 13. Как следует из рис. 12 при значении эффективного КПД дизельного двигателя 46% утилизация его ВЭР дает возможность получить максимальный коэффициент использования топлива 89,2 %.

Рис. 11. Схема энергообеспечения отдельного потребителя на базе дизеля, работающего совместно с ТНУ:

ГВТО - газоводяной теплообменник, ТОЖ - теплообменник охлаждающей жидкости, Эл. Г - генератор, Эл. Д - электродвигатель, Км - компрессор, К -конденсатор, И - испаритель, РВ - регулирующий вентиль, ИНТ - источник низкопотенциальной теплоты, ПВК - пиковый водогрейный котел

Причем экономичность дизеля не изменяется в течение суток. В случае использования КУ на базе дизеля с ТНУ максимальный КИТ достигает 1,4, т.е. применение ТНУ увеличивает КИТ в 1,58 раза.

X , ч

Рис. 12. Зависимость коэффициента использования топлива дизельного двигателя от времени:

-----без использования ТНУ,- с использованием ТНУ

О 2 4 б 8 10 12 14 16 18 20 22 24 т, ч

Рис. 13. Количество полученной тепловой мощности от времени суток:

<Зтну - тепловая мощность ТНУ, <3^, и <3Г - тепловая мощность, полученная за счет

утилизации теплоты охлаждающей жидкости и отработавших газов дизельного двигателя

Расчеты показали, что в когенерационной установке на базе ГТУ можно получить более высокий КИТ в течение суток. Включение ТНУ в схему КУ на базе ГТУ позволяет увеличить коэффициент использования топлива на 16-20 %.

Пятая глава посвящена экспериментальному исследованию работы ТНУ на частичных режимах.

Исследование работы ТНУ было проведено в виде двух серий экспериментов. В первом случае изменялась частота вращения компрессора (1) с помощью частотного преобразователя, во втором случае производительность ТНУ изменялась путем открытия или закрытия регулирующего вентиля (5). В каждой серии экспериментов температура ИНТ на входе в испаритель (6) и теплопотребителя на входе в конденсатор (3) поддерживалась постоянной.

В ходе эксперимента измерялись: барометрическое давление -образцовый манометр с ценой деления 1000 Па, температура воздуха - ртутным термометром, расходы воды через испаритель и конденсатор измерялись объемным способом с помощью мерных бачков (8), а также дополнительно расходомерными устройствами (9).

Температуры воды на входе и выходе из испарителя; на входе и выходе из конденсатора измерялись предварительно протарированными термометрами сопротивления; мощность, потребляемая компрессором - ваттметром; давление рабочего агента перед компрессором и за компрессором -образцовыми манометрами; температуры рабочего агента в характерных точках цикла - термометрами сопротивления и пленочными термодатчиками. В качестве рабочего агента применялся фреон Ш42Ь.

5

ЧХЪ-

ГШ

- _

оо к

т т

Анализ полученных в результате эксперимента данных состоит в поиске зависимости основных параметров компрессора от величины лк на переменных режимах.

На рис. 15 показана зависимость коэффициента преобразования ц от степени повышения давления пк. Видно, что с уменьшением пк в 2 раза (с 1,5 до 3) р. увеличивается на с 2,3 до 4. Важной характеристикой ТНУ является количество затраченной на его привод электрической мощности. Видно, что с увеличением лк мощность затраченная на привод компрессора постоянно увеличивается (рис. 16). Так при увеличении пк с 1,5 до 3 мощность увеличивается на 25 %. Эти данные хорошо согласуются с данными во второй главе.

Рис. 14. Схема экспериментальной установки:

1 - компрессор; 2 - электродвигатель; 3 - конденсатор; 4 - смесительные устройства; 5 - дросселирующее устройство;

6 - испаритель;

7 — ваттметр; 8 — мерные бачки; 9 - мерные диафрагмы

1

1.5

2

3 я*

Рис. 15. Зависимость коэффициента преобразования ц от степени повышения давления л

Рис. 16. Зависимость мощности компрессора от степени повышения давления ттк

Полученная в ходе эксперимента и определённая расчётным путём зависимости потребляемой компрессором мощности близка к теоретической, может быть аппроксимирована формулой и использоваться для расчета ТНУ.

Совпадение расчётных и экспериментальных данных удовлетворительное; отклонение экспериментальных данных от расчётных можно объяснить изменением коэффициента теплоотдачи от оборудования ТНУ в окружающую среду, который при расчёте брался постоянным (по паспортным данным завода-изготовителя).

Полученные результаты подтверждают теоретические зависимости основных параметров поршневого компрессора на частичных режимах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчета когенерационных установок с ТНУ, работающих в условиях неравномерного графика энергопотребления, выполнен расчетный анализ совместной работы дизель-генератора и ГТУ с ТНУ.

2. Проведено уточнение методики расчета ТНУ с учетом потерь эксергии в ее элементах. Расчетным путем установлено, что потери эксергии в теплонасосной установке максимальны в компрессоре.

3. Получены зависимости для определения основных параметров поршневого компрессора теплонасосной установки на режимах частичной мощности.

4. При работе на частичных режимах экономичность тепловых двигателей снижается: у ГТУ на 20 - 30 % при уменьшении мощности до 0,3 - 0,4 от номинальной; у дизельного двигателя на 10 - 15 % при уменьшении мощности до 0,2 - 0,3 от номинальной.

5. Расчетным путем показано, что включением ТНУ в схему когенерационных установок с дизелем и ГТУ позволяет существенно увеличить их эффективность в условиях неравномерного графика энергопотребления. Среднесуточный КИТ КУ с дизелем при этом повышается на 24 - 25 % и для КУ с ГТУ - на 16 - 20 %..

6. Работа КУ на базе ТД (дизель, ГТУ) в схемах с ТНУ дает возможность обеспечить максимальный КПД независимо от электрической нагрузки в течение суток.

7. Эксперимент показал, что при работе ТНУ на частичных режимах с уменьшением степени повышения давления (як) коэффициент преобразования растает. С увеличением я, в 2 раза мощность, затрачиваемая на привод компрессора увеличивается на 25 %.

8. Экспериментальные зависимости ц, ЬГК, С!тну от пк согласуются с

формулами, предложенными в работе и опытными данными других авторов и могут использоваться при расчете теплонасосных установок.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ а) в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК:

1. Барский И А., Шаталов И.К., Данилов Е.В., Терехов Д.В. Сжатие различных рабочих тел в центробежном компрессоре теплового насоса // Вестник Международной академии холода. - 2008. - № 2. - С. 22 - 23.

2. Шаталов И.К., Терехов Д.В., Фролов М.Ю. Влияние рабочего тела на коэффициент преобразования теплового насоса // Вестник Международной академии холода. - 2008. - № 3. - С. 28 - 29.

3. Антипов Ю.А., Барский И.А., Терехов Д.В., Шаталов И.К. Применение осевых компрессоров в холодильных машинах и тепловых насосах // Вестник Международной академии холода. - 2009. - № 2. - С. 22 - 24.

4. Антипов Ю.А., Барский И.А., Шаталов И.К., Терехов Д.В. Улучшение характеристик газотурбинных установок при повышенных температурах воздуха // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Инженерные исследования». - 2009. - № 2. - С. 75 - 79.

5. Барский И.А., Антипов Ю.А., Терехов Д.В., Шаталов И.К. Сравнение экономичности парогазовых установок с котлом-утилизатором и вводом пара в газовую турбину // Тяжелое машиностроение. - 2009. - № 7. - С. 15-16.

6. Фролов М.Ю., Шаталов И.К., Антипов Ю.А., Терехов Д.В. Влияние типа рабочего агента на характеристики теплонасосной установки // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия «Инженерные исследования». - 2009. - № 2. - С. 119 -123.

7. Барский И.А., Шаталов И.К., Антипов Ю.А., Терехов Д.В. Влияние диффузора за турбиной на мощность и экономичность одновальной газотурбинной установки // Тяжелое машиностроение. - 2010. - № 6. - С. 9-11.

8. Шаталов И.К., Антипов Ю.А., Барский И.А., Терехов Д.В. Повышение мощности и экономичности газоперекачивающих агрегатов // Наука и техника в газовой промышленности. - 2010. - № 3(43). - С. 90 - 92.

9. Барский И.А., Антипов Ю.А., Шаталов И.К., Терехов Д.В. Показатели поршневого компрессора теплового насоса на частичных режимах // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2011. -№ 1. - С. 31 -33.

б) в других изданиях

Ю.Данилов Е.В., Терехов Д.В. Сравнение экономичности ГТУ с воздушным и паровым охлаждением горячих деталей // Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели: Тезисы докладов XXI Всероссийской межвузовской конференции. - Москва: МВТУ, 2008. - С. 43-44.

П.Данилов Е.В., Терехов Д.В., И.К. Шаталов. Теплофикационная ГТУ с использованием теплового насоса // Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели: Тезисы докладов XXI Всероссийской межвузовской конференции. - Москва: МВТУ, 2008. - С. 43 - 44.

Терехов Дмитрий Владимирович (Россия)

«ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ГРАФИКЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ»

В работе исследуются способы повышения эффективности когенерационных установок на базе тепловых двигателей (дизеля и ГТУ) путем включения в схему теплонасосной установки при неравномерном графике энергопотребления. Показана практическая значимость эксергетического расчета, уточнена методика эксергетического расчета ТНУ. Проведен анализ работы тепловых двигателей на режимах частичной мощности с различными потребителями мощности (электрогенераторы, центробежные и поршневые компрессоры тепловых насосов). Разработана методика и программа расчета когенерационной установки, включающей ТНУ при неравномерном графике тепловой и электрической нагрузке в схеме децентрализованного энергообеспечения. Экспериментально исследована работа ТНУ на частичных режимах.

«EFFICIENCY ENHANCEMENT OF HEAT ENGINES BY USING HEAT PUMPS AT VARIABLE LOAD CURVES»

The ways of efficiency enhancement of combined heat and power (CHP) units based on heat engines (diesel and gas turbine) by adding heat pump at variable load curves are studied. Relevance of exergy analysis is showed, exergy methodology of heat pump is improved. Work of heat engines at part load mode of with different power consumers (electric generator, centrifugal and piston compressor of heat pump) is analysed. Methodology and calculation program of CHP unit with heat pump at variable load curves in distributed heating and power supply system are developed. Part load operation of heat pump is studed experimentally.

Dmitry V. Terekhov

Подписано в печать 20.01.12. Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Усл. печ. л 1,25. Заказ 48

Типография Издательства РУДН 117923, ГСП-1, г. Москва, ул. Орджоникидзе, д.З

61 12-5/1553

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

На правах рукописи

ТЕРЕХОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ГРАФИКЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

05.04.02 - тепловые двигатели

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель -к. т. н. Шаталов И.К.

Москва - 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................6

Глава 1. Когенерационные установки на базе тепловых двигателей.................8

1.1. Когенерационные установки на базе тепловых двигателей

без применения тепловых насосов...................................................................8

1.1.1. Определение когенерации..................................................................8

1.1.2. Когенерационные установки на базе ПТУ.....................................11

1.1.3. Когенерационные установки на базе ГТУ......................................15

1.1.4. Когенерационные установки на базе ПТУ.....................................20

1.1.5. Когенерационные установки на базе ДВС.....................................21

1.2. Когенерационные установки на базе тепловых двигателей

с применением ТНУ.........................................................................................23

1.2.1. Обзор типов ТНУ, циклы ТНУ........................................................23

1.2.2. Потери в ТНУ....................................................................................27

1.2.3. Области применения ТНУ................................................................28

1.2.4. Рабочие агенты парокомпрессионных ТНУ, перспективы применения природных рабочих агентов.................................................33

1.3. Использование тепловых насосов совместно с тепловыми двигателями.......................................................................................................37

1.4. Суточные и сезонные графики энергопотребления...............................41

1.4.1. График электрической нагрузки......................................................41

1.4.2. График тепловой нагрузки...............................................................44

1.5. Обоснование выбора задач исследования..............................................48

Выводы по первой главе..................................................................................49

Глава 2. Особенности расчета теплонасосных установок и анализ внутренних потерь в ТНУ.....................................................................................51

2.1. Особенности расчета ТНУ эксергетическим методом..........................51

2.2. Потери в поршневом компрессоре..........................................................61

2.3. Работа поршневого компрессора теплового насоса на частичных режимах.............................................................................................................68

Выводы по второй главе..................................................................................73

Глава 3. Совместная работа тепловых двигателей с электрогенераторами и компрессорами тепловых насосов....................................................................74

3.1. Нагрузочные характеристики тепловых двигателей.............................74

3.2. Характеристики потребителей мощности..............................................86

3.3. Характеристики дизелей на частичных мощностях..............................92

3.4. Характеристики газотурбинных установок на частичных

мощностях.......................................................................................................100

Выводы по третьей главе...............................................................................105

Глава 4. Работа тепловых двигателей в схемах энергообеспечения отдельного потребителя......................................................................................107

4.1. Обоснование выбора схемы для электро и теплоснабжения отдельного потребителя.................................................................................107

4.2. Работа ГТУ в схеме энергообеспечения отдельного потребителя.....109

4.2.1. Работа когенерационной установки на базе ГТУ

в схеме без ТНУ.........................................................................................110

4.2.2. Работа когенерационной установки на базе ГТУ

в схеме с ТНУ............................................................................................115

4.3. Работа дизеля в схеме энергообеспечения отдельного потребителя.....................................................................................................121

4.3.1. Работа когенерационной установки на базе дизельного двигателя в схеме без ТНУ.......................................................................122

4.3.2. Работа когенерационной установки на базе дизельного двигателя в схеме с ТНУ..........................................................................126

Выводы по четвертой главе...........................................................................132

Глава 5. Экспериментальное исследование теплонасосной установки

при работе на частичных режимах....................................................................133

5.1. Описание экспериментального стенда..................................................133

5.2. Измеряемые параметры..........................................................................135

5.3. Определение погрешности измерений..................................................136

5.4. Методика обработки экспериментальных данных..............................139

5.5. Методика проведения испытаний и анализ экспериментальных

данных.............................................................................................................141

Выводы по пятой главе..................................................................................143

Выводы по диссертации......................................................................................144

Список литературы..............................................................................................145

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПТУ - паротурбинная установка; ГТУ - газотурбинная установка; ПТУ - парогазовая установка; КУ - когенерационная установка; ОГ - отработавшие газы; ПК - пиковый котел; ТНУ - теплонасосная установка;

ПТНУ - парокомпрессионная теплонасосная установка; АТНУ - абсорбционная теплонасосная установка; НПИТ - низкопотенциальный источник теплоты; РА - рабочий агент;

КПД - коэффициент полезного действия; КИТ - коэффициент использования топлива; ]\1е - эффективная мощность; г|е- эффективный КПД; \х - коэффициент преобразования.

Введение

Сегодня теплоэнергетика потребляет более 30% добываемого топлива, а вместе с отопительными котельными - более 50%. Абсолютный рост потребления топлива на станциях и непрерывно возрастающая стоимость его добычи определяет необходимость его экономии.

В связи с этим приоритетным является внедрение в Российской Федерации энергосберегающих технологий на промышленных предприятиях и в коммунальном секторе. Проблеме рационального использования энергии уделяется внимание на государственном уровне. Правительством России утвержден проект энергетической стратегии до 2030 г. В 2009 г. принят федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности».

Российская тепловая энергетика в настоящее время в основном использует для генерации устаревшие паротурбинные энергоблоки, обладающие низким КПД и в значительной степени выработавшие свой ресурс, и остро нуждается в модернизации и наращивании мощностей.

В настоящее время в мире возрос интерес к децентрализованным когенерационным установкам (КУ), позволяющим одновременно из одного источника получать электрическую и тепловую энергию.

В Японии развивается тенденция децентрализации теплофикации на основе ГТУ-ТЭЦ с единичной мощностью от 1 до 10 МВт. Законодательством установлена необходимость оснащения крупных потребителей собственным энергетическим источником кроме подсоединения его к энергосистеме.

Наряду со способами повышения экономичности тепловых двигателей за счёт совершенствования их конструкции и повышения параметров рабочей среды (повышение начальной температуры газа, степени повышения давления в компрессоре и др.), эффективным путем более полного использования энергии сжигаемого топлива является утилизация вторичных

энергоресурсов, образующихся при работе тепловых двигателей, в том числе и теплоты отработавших газов тепловых двигателей.

Диссертационная работа посвящена проблеме повышения эффективности тепловых двигателей для совместного производства электрической и тепловой энергии за счет наиболее полной утилизации их вторичных энергоресурсов, в том числе с применением теплонасосных установок (ТНУ) и выбора оптимальных режимов работы ТД совместно с ТНУ при переменном графике потребления электрической и тепловой мощности.

Также существует проблема оценки эффективности работы тепловых двигателей работающих совместно с тепловыми насосами. Поэтому в работе приведена методика для определения основных параметров ТНУ, работающих в схемах электро и теплоснабжения отдельного потребителя.

Актуальность работы определяется необходимостью перехода от традиционных источников электро- и теплоснабжения (котельных, ТЭС) к новым на базе когенерационных установок (КУ), а также использованию низкопотенциальных источников энергии с помощью теплонасосных установок (ТНУ). В качестве таких установок могут выступать КУ на базе ГТУ и ДВС, работающие совместно с ТНУ.

Модернизация существующих устаревших ТЭЦ за счет теплофикационных ПГУ с высоким КПД выработки электрической энергии приведет к значительной недовыработке тепловой энергии, что неизбежно приведет к изменению стратегии теплоснабжения. Увеличится нагрузка на пиковые водогрейные котлы, что негативно скажется на удельном расходе топлива на выработку теплоты. Одним из целесообразных вариантов выхода из этой проблемы является развитие децентрализованной системы теплоснабжения с применением ТНУ.

Глава 1. Ко генерационные установки на базе тепловых двигателей 1.1. Когенерационные установки на базе тепловых двигателей без применения тепловых насосов 1.1.1. Определение когенерации

Когенерация - это совместное производство тепловой и электрической энергии, в одной установке. В нашей стране более широко распространен термин теплофикация, под которым понимается энергоснабжение на базе комбинированной, т.е. совместной выработки электрической и тепловой энергии в одной установке [76]. Как видно из определений, термины означают одно и то же, но в дальнейшем термин когенерация в большей степени будет применяться, когда речь идет о децентрализованных источниках энергоснабжения, в то время как под теплофикацией будет подразумеваться существующая схема централизованного теплоснабжения.

В отличие от классического способа, заключающегося в раздельной генерации электричества на электростанции и тепла в котельной с достаточно низким КПД этих процессов по-отдельности, когенерация позволяет значительно увеличить эффективность получения тепловой и электрической энергии.

В связи с этим отмечается рост когенерации в Европейском Союзе, который характеризуется крайним разнообразием, как в масштабах, так и в сущности развития. Разнообразие объясняется различиями в истории, политических приоритетах, природных ресурсах, культуре и климате стран Союза, а также тесной связью когенерации со структурой и активностью рынка электроэнергии каждой конкретной страны. На рис. 1.1 показана степень развития когенерации в различных странах за последние 10 лет [4, 93].

Когенерация со временем все активней и активней внедряется практически всеми развитыми и активно развивающимися странами мира.

Например, в США принята программа, целью которой является удвоение к 2010 году существующих мощностей когенерации по сравнению

с уровнем 2000 года. Это значит, что к концу десятилетия будет дополнительно введено приблизительно 46 ГВт.

Т-~штяг-тЛ

К'

Ь. 1 ■ '-I

1—

Au.Ii.i_

О 4й

■ * _

Рис. 1.1. Рост когенерации в странах Европейского Союза за 2000-2010 гг.

В США в настоящее время эксплуатируется 59,1 ГВт газотурбинных и дизельных установок, как правило, теплофикационных, принадлежащих частным предприятиям. Они составляют 8,1 % установленной мощности электростанций и 11 % от всей суммарной установленной мощности ТЭС на органическом топливе [16].

В Финляндии около 35 % общего производства электроэнергии вырабатывается на электростанциях, принадлежащих промышленным предприятиям, муниципалитетам и прочим владельцам. Решение крупных проблем энергоснабжения отраслей промышленности и коммунального сектора в определенной степени лежит также в направлении децентрализации [16].

В Германии планируется увеличить в ближайшие годы комбинированную выработку электричества и теплоты в 2,4 раза [95]. Правительство этой страны стало инициатором принятия закона о содействии развитию когенерирующих (теплофикационных) мощностей и

закона об экологическом налоге, которым предусмотрено освобождение от этого налога электроэнергии, произведенной на КУ, и взимание такого налога (0,02 $/(кВт-ч)) на электроэнергию от конденсационных электростанций. Весьма показательно, что название одной из важнейших тем проекта по развитию теплоснабжения, одобренного Европейским Союзом, звучит как «централизация вместо децентрализации» [95].

Производство тепловой энергии с использованием когенерационных установок на базе теплофикационных паровых турбин имеет в России давнюю историю [1]. Незнание этой истории и некоторых ее особенностей мешает понять сложившееся в настоящее время положение. Несмотря на очевидную выгоду от комбинированной выработки тепла и электроэнергии, доля производства тепловой энергии в режиме когенерации за последние 15 лет снизилась (рис. 1.2) [94]. Это связано с тем, что в 1993 - 1995 гг. происходил массовый отказ теплопотребителей от централизованного теплоснабжения и переход на собственные котельные [29]. Действительно не вызывает сомнения, что теплофикация позволяла экономить огромное количество топливных ресурсов, но в настоящее время, когда огромная часть теплофикационного оборудования морально и физически устарела, а потери в тепловых сетях приобретают немыслимые значения, то эффективность теплофикации несколько снизилась. Так, например, в [67] показано, что увеличение потерь в тепловых сетях на 10% сводит на нет всю экономию топлива за счет использования более совершенного теплофикационного оборудования - установки Т-250/300-240 вместо Т-100-130.

В [94] отмечается, что за прошедшие 20 лет произошло снижение эффективности существующего оборудования для генерации энергии (табл. 1.1), а также тепловых сетей, где тепловые потери достигают 30 и более процентов.

Рис. 1.2. Динамика производства тепловой и электрической энергии в комбинированном цикле

Таблица 1.1

Сроки службы оборудования ТЭС России_

Всего Срок эксплуатации от 30 до 50 лет Срок эксплуатации более 50 лет

котлов, шт. турбин, шт. котлов, шт. турбин, шт. котлов, шт. турбин, шт.

3136 2040 1847 (59%) 1055 (52%) 669 (21 %) 485 (24 %)

Таким образом, коэффициент использования топлива на ТЭС снизился с 62% в 1992 г. до 52% в 2008 г [94]. 1.1.2. Когенерационные установки на базе ПТУ

Огромное количество теплоты вырабатывается теплофикационными турбинами ТЭЦ крупных городов.

На рис. 1.3 и 1.4 изображена схема ПТУ и ее термодинамический цикл в Т, Б - диаграмме.

Рис. 1.3. Схема ПТУ:

1 - котел; 2 - пароперегреватель; 3 - промежуточный пароперегреватель; 4 -ЦВД; 5 - ЦСД; 6 - ЦНД; 7 - электрогенератор; 8 - конденсатор; 9 -циркуляционный насос; 10 - конденсатный насос; 11 - регенеративный подогреватель; 12-деаэратор; 13-питательный насос

Т

Рис. 1.4. Термодинамический цикл ПТУ с промежуточным перегревом пара в Т, 8 - диаграмме

На сегодняшний день лучшие паросиловые блоки с так называемыми суперсверхкритическими параметрами (ССКП) имеют давление на входе в

12

турбину 29-30 МПа и температуру выше 600 °С. КПД таких установок может достигать КПД 44-46 %, и в значительной мере паротурбинный цикл достиг пределов технического совершенства. Дальнейшее увеличение давления и температуры выше 600 °С требует применения более дорогих сталей мартенситного класса и соответственно новых технологий их обработки.

Важность создания установок на суперсверхкритические параметры в России, а также ее параметры и предлагаемая конструктивная схема хорошо описана в [50].

Достаточно современной и единственной в нашей стране теплофикационной турбиной, рассчитанной на сверхкритические (СКП) параметры пара, является турбина Т-250/300 - 240 производства ЗАО «Уральский турбинный завод», г. Екатеринбург. Тепловая схема этой установки представлена на рис. 1.5.

В климатических условиях, характерных для европейской части России, оптимальным оказывается установка двухступенчатого нагрева сетевой воды и установкой пикового водогрейного котла, работающего в зимний период [96].

Схема теплофикационной установки ТЭЦ показана на рис. 1.6.

Установка имеет двухступенчатую теплофикационную установку, которая состоит из нижнего (ПСГ-1), верхнего (ПСГ-2) сетевых подогревателей и водогрейного котла.

Сетевой подогреватель осуществляет нагрев сетевой воды до требуемой температуры за счет отбора пара. Для покрытия пиковых тепловых нагрузок используются пиковые водогрейные котлы (ПВК).

4 5

Рис. 1.6. Схема теплофикационной установки ТЭЦ: 1 - конденсатор; 2 - обратные клапаны; 3 - задвижка для отключения верхнего сетевого подогревателя ПСГ-2; 4 - переключаемый отсек; 5 -регулирующий клапан ЦНД; 6 - обводные задвижки; 7 - напорный коллектор прямой сетевой воды; 8 - конденсатный насос конденсата греющего пара; 9 - коллектор обратной сетевой воды; ПСГ-1,2 - нижний и верхний сетевые подогреватели; СН-1, II - сетевые насосы 1 и 2 подъема; ПВК - пиковый водогрейный котел; ЦНД - цилиндр низкого давления турбины

Признавая достоинства комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на ТЭЦ, мощно отме