Системный анализ когенераторных энергетических систем на основе применения газотурбинных технологий и использования энергоаккумулирующих веществ

Козляков, Вячеслав Васильевич

Промышленная теплоэнергетика

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Системный анализ когенераторных энергетических систем на основе применения газотурбинных технологий и использования энергоаккумулирующих веществ

доктора технических наук: Козляков, Вячеслав Васильевич
город: Москва
год: 2003
специальность ВАК РФ: 05.14.04

Диссертация по энергетике на тему «Системный анализ когенераторных энергетических систем на основе применения газотурбинных технологий и использования энергоаккумулирующих веществ»

Автореферат диссертации по теме "Системный анализ когенераторных энергетических систем на основе применения газотурбинных технологий и использования энергоаккумулирующих веществ"

экз.I

На правах рукописи

— КОЗЛЯКОВ Вячеслав Васильевич

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ КОГЕНЕРАТОРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГОАККУМУЛИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Специальность: 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2003

Работа выполнена на кафедре «Промышленная теплоэнергетика» Московского государственного текстильного университета им. А.Н. Косыгина.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бродянский Виктор Михайлович

доктор технических наук, профессор Есьман Вячеслав Иосифович

доктор технических наук, профессор Лурье Владимир Александрович

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций» (ОАО «ВНИИАЭС»)

Защита диссертации состоится 16 октября 2003 года в ауд. 2213 в Ю00 час на заседании диссертационного совета Д.212.139.03 в Московском государственном текстильном университете им. А.Н. Косыгина по адресу: 119991, Москва, ул. Малая Калужская, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного текстильного университета им. А.Н. Косыгина.

Автореферат разослан_сентября 2003 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.212.139.03 д.т.н., проф.

С.Д. Корнеев

Наступает переходный период от нефти как главного, наиболее удобного и хорошо освоенного источника энергии к другим, технологически более сложным и более опасным источникам энергии и, прежде всего, к ядерной энергии и каменному углю.

Академик В.И. Субботин

Актуальность. В настоящее время топливно-энергетическая и экологическая проблемы приобретают все большую актуальность и масштабность. Это связано 6 ограничением запасов органических топлив таких, как природный газ и увеличением их стоимости. Ростом потребления их в других отраслях промышленности. Воздействием процессов сжигания на окружающую среду. Глобальные проблемы энергетики все больше принимают экологическую направленность. Это связано с проблемами ограничения выбросов диоксида углерода, метана и других газов в" связи с угрозой повышения температуры атмосферы, защите от радиации, кислотных дождей и выбросов токсичных и канцерогенных веществ. Определены квоты на выбросы СОг отдельными странами. В России обязательным документом, регламентирующим действия для всех газопотребляющих агрегатов, включая промышленные и отопительные установки, является ГОСТ Р 50591-93 «Горелки газовые промышленные. Предельные нормы концентраций N0* в продуктах сгорания». ГОСТ конкретизирует статью 32 п. 1 Закона РФ «Об охране окружающей среды». Предельно допустимые концентрации ЫОх пересчитаны на принятый коэффициент избытка воздуха а = 1.4 (02=6%). Например, для паровых котлов мощностью от 3 до 19 МВт предельные концентрации СОг и N0* составляют для вновь разрабатываемых (с 01.01.97): С02 - 150 мг/мЗ и Шх - 0.055 г/МДж. Для котлов большей мощности необходимо внедрение одного или нескольких методов подавления оксидов азота. К этим методам относятся: упрощенная схема рециркуляции газов и схема двухступенчатого сжигания.

В тепловой электроэнергетике в ближайшие 30 лет должна произойти структурно-топливная перестройка: постепенный отказ от сжигания мазута и газа и повсеместный переход к углю, запасы которого в мире при современном уровне добычи оцениваются в 300-400 лет. В этой связи в оборот введен даже такой термин, как "новая угольная волна". Переход к углю в технологическом, экологическом и экономическом плане вызывает огромные проблемы. Перспективными являются два способа использования угля на ТЭС: прямое сжигание угля в кипящем слое под давлением и газификация угля с последующей его глубокой очисткой для производства искусственного газа.

энергетических характеристик, но и к увеличению Дымности, токй^чности и

СИЬ и. . , \ V I

С Пстеро^рг ¿г/// ;

~>э э«$3 мп/ У/ ■]

—~ 1И1ПДГ

канцерогенной активности продуктов сгорания. Выходом из решения топлив-но-экологических проблем энергетики является применение ядерных источников энергии не только для производства электрической и тепловой энергии, но и за счет аккумулирования энергии - производство водорода. В развитых странах мира приняты широкие программы исследований в Области водородной энергетики. Общая стоимость этих программ составляет 100 млрд. долларов. Планируется внедрение водородной энергетики и технологии в ряд отраслей промышленности, и в первую очередь в промышленную теплоэнергетику. На первых этапах предполагается применения водорода в качестве дополнительно-, го энергоносителя. Водород является вторичным продуктом на многих предприятиях химической промышленности (производство хлора) и получаемого из коксовых газов металлургических производств. Перспектива применения водорода тесно связана с производством метана из углей. Это производство позволит сократить не только транспортные расходы, но и существенно увеличить надежность теплоэнергетического оборудования.

Из этого следует, что разработка применения водорода, как энергоносителя в промышленной теплоэнергетики, является актуальной научной проблемой, имеющей важное научное значение в решении вопросов устойчивого развития общества, связанной со снижением экологической нагрузки на окружающую среду токсичными и канцерогенными веществами, и эффективного использования вторичных энергоресурсов и альтернативных топлив.

Цель диссертационного исследования состоит в теоретическом обобщении и разработки метода системного анализа когенераторных теплоэнергетических установок на основных принципах массо- и энергообмена по повышению энергетической и экологической эффективности на основе применения газотурбинных. технологий и использования энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ) для непосредственного получения водорода, как дополнительного энергоносителя при организации двухступенчатой системы выделения тепла. Основными задачами исследования являются:

1. Разработка методологических основ системного анализа когенераторных энергетических установок на основных принципах выделения, преобразования и трансформации тепловой энергии.

2. Теоретическое обоснование и разработка методов применения водорода в когенераторных теплоэнергетических установках для снижения экологического воздействия на окружающую среду.

3. Разработка термодинамического метода анализа энергосберегающих технологий теплоэнергетических установок газотурбинного типа с учетом теплофизических свойств рабочего тела.

4. Исследование и разработка методов покрытия пиковых нагрузок теплоэнергетических установок газотурбинного типа при впрыскивании водяного пара в газовый тракт.

5. Исследование и разработка методов аккумулирования энергии ТЭС и АЭС в период их разгрузки путем применения энергоаккумулирующих веществ в качестве дополнительного энергоносителя для покрытия пико-

вых мощностей и повышения энергетических и экологических показателей.

На защиту выносятся следующие новые научные результаты:

• метод систематизации когенераторных энергетических систем на основе анализа процессов выделения энергии, ее преобразования и взаимодействия с массой в образовании рабочего процесса;

• новый способ получения пиковой мощности на парогазовой установке и парогазовая установка для осуществления способа;

• математическая модель рабочего процесса теплоэнергетической установки газотурбинного типа с двухступенчатой системой подвода теплоты, промежуточным охлаждением воздуха и утилизацией тепла уходящих газов;

• результаты анализа энергетических характеристик углеводородного топлива с различными добавками водорода;

. • результаты исследования влияния добавок водорода на энергетические и экологические показатели теплоэнергетической установки;

• результаты исследования впрыска водяного пара при вторичном подводе теплоты на энергетические и экономические показатели теплоэнергетической установки;

• метод аккумулирования ядерной энергии и угля посредством применения газотурбинных технологий и использования энергоаккмулирующих веществ. '

Апробация работы. Основные результаты работы и положения докладывались на:

• Ш-ей научно-технической конференции "Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах" (Москва, ВВИА им. Н.Ё. Жуковского), в 1996;

• Научно-методической конференции посвященной 50-летию кафедры "Теории Воздушно-реактивных двигателей".(Москва, МАИ), в 1995 г.;

• XX научных чтений по космонавтике. Симпозиум, посвященный памяти академика Б.С. Стечкина. (Москва. МГУ), в 1996 г.

• Семинар «Системный анализ в технике» (Москва, МАИ), в 2001 г.

• П-ом Международном совещании по использованию энергоаккумули-руюших веществ в экологии, машиностроении, энергетике, транспорте и в космосе (Москва, ИМАШ РАН), в 2000 г.

• У1-ой научно - технической конференции по применению криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах (Москва, ВАТУ им. Н.Е. Жуковского), в 2002 г.

• Ш-ем Международном совещании по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте (Москва, ИМАШ РАН), в 2002 г.

тематического моделирования и на совпадении расчетных данных с экспериментальными результатами.

Практическая ценность. Результаты работы позволяют обосновать выбор структуры перспективных теплоэнергетических установок на начальном этапе проектирования и перейти на новый уровень технологии использования систем автоматизированного проектирования и расчета технических объектов. Разработанные научно-технические рекомендации по энергосбережению первичных топливных ресурсов и повышению экологической безопасности теплоэнергетических установок газотурбинного типа применимы при разработке перспективных систем когенерации. Предложенные методы математического моделирования позволяют проводить в проектных организациях технико-экономическую оценку перспективных схем теплоэнергетических установок. Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе вузов теплоэнергетического профиля в курсах «Тепловые двигатели и нагнетатели», а также в курсовом и дипломном проектировании.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на 236 страницах и содержащих 56 рисунков, 26 таблиц, а также приложения на 32 страницах и списка использованных источников из 132 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и перспективность темы диссертации и дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены основные аспекты топливно-экологической проблемы в промышленной теплоэнергетике, исходя из условий повышения эффективности использования и уменьшения объема потребления природных ресурсов за счет когенерации при совместном производстве электрической и тепловой энергии. Показано, что в настоящее время когенерация получила широкое распространение как в отечественной, так и в зарубежной энергетике, и в первую очередь, благодаря более низкому расходу топлива по сравнению с раздельной выработкой. Надстройка газовой турбиной котла - это эффективный

способ увеличения выработки электроэнергии и повышения электрической эффективности существующих установок (рис. 1.).

Определено несколько перспективных направлений когенерации электрической и тепловой энергии. Выполнен обзор современного состояния внедрения газотурбинных технологий в энергетике. Показана роль и место газотурбинных установок при модернизации существующих систем для покрытия пиковых мощностей и повышения эф-

14% Потери

53% Тепло

33% Электроэнергия

100% Топливо

фективности ТЭЦ.

Рис. 1.

Вторая глава посвящена разработке метода системного анализа когенера-торной энергетической системы, основанного на принципах массо- и энергообмена и новому техническому решению полученному автором на способ получения пиковой мощности на парогазовой установке и парогазовая установка для осуществления способа.

Принципиально новым, нетрадиционным подходом в проектировании теплоэнергетических установок (ТЭУ) является применение экспертных систем технических решений на основе системного анализа. В проектировании наибольшего развития достигли компоненты и системы, которые обеспечивают расчет и оптимизацию уже выбранного технического решения, т.е. выбранной структуры объекта. Здесь отсутствует этап выбора структуры объекта, на котором закладываются его основные достоинства и недостатки. Это объясняется тем, что отсутствуют общая теория когенераторной энергетической системы (ЭС) и формализованные методы синтеза структуры технического объекта.

При разработке новых систем и попытке поиска пионерских решений процесс проектирования проходит три основные стадии: функциональный анализ, структурный синтез и параметрическую оптимизацию. Первые две стадии проектирования представляют собой этап качественного анализа, на котором формируется функциональная схема объекта. Параметрическая оптимизация дает количественную оценку системы в целом и определяет направления процесса проектирования технических систем. Этот этап представляет собой количественный анализ. Таким образом, понимание системного анализа заключается именно в этих двух основных этапах: качественного и количественного анализа, которые можно определить как метод анализа иерархий (рис. 2).

Основной задачей качественного анализа является:

• Составить функциональную схему объекта на основе целевой функции и краевых условий (на основе описания рабочего процесса трансформации тепловой энергии в механическую).

• Функциональная схема должна состоять их элементарных функций, соединенных причинно-следственными связями.

• Величины потоков вещества, энергии и информации элементарной функции должны быть входными для другой элементарной функции.

• Функциональная схема устройства является исходной информацией для этапа качественного анализа.

Рис. 2.

МЕТОД АНАЛИЗА ИЕРАРХИЙ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Для того чтобы автоматизировать этапы качественного анализа необходимо ввести формализацию описания, как объектов проектирования, так и методов, с помощью которых выполняется синтез этих объектов. Несмотря на многообразие объектов проектирования и их существенное отличительное свойство, ко всем им может быть применен системный подход с точки зрения технических систем.

Анализ задач классификации показывает их большое разнообразие и системный характер, их широкую область применения в исследовании сложных систем. При этом основные проблемы заключаются в малом уровне исходной информации, разнотипности признаков рабочего словаря, ограниченности объема обучающей выборки, создающих трудности формализации процессов синтеза и анализа классификационных систем.

Эффективность когенераторной ЭС определяется способом и совершенством передачи энергии. Причем энергия генераторного цикла может быть передана основному в любой форме (в виде механической работы, тепла и про-

ОСНОВНЫЕ ввды ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И ИХ КОМБИНАЦИИ

Рис. 3.

чее). Предлагаемое построение модели знаний экспертной системы технических решений основано на пяти основных признаках, которые соответствуют принципам массо- и энергообмена между основным контуром и генератором энергии, а именно: преобразования энергии в генераторном цикле, передачи энергии генераторного цикла основному, присоединения массы генераторного цикла, использования основных свойств топлива и утилизации энергии отходящих газов. Анализ термодинамических закономерностей протекания рабочего процесса когенераторной ЭС позволяет выявить степень влияния этих факторов на термодинамическую эффективность преобразования тепловой энергии в полезную работу и дать оценку массовым характеристикам отдельных элементов тепловой машины.

Ключевой проблемой при построении систем классификации является проблема представления знаний об объекте. Модель знаний представляет собой систему условных нечетких высказываний, с помощью которых описываются характеристические признаки объекта. Отметим, что модель знаний носит декларативный характер представления об объекте. Использование нечеткости при построении условных высказываний позволяет формально оперировать теми значениями, которые выражены вербальными категориями. Суть метода заключается в получении описания всех систем принадлежащих к исследуемому классу в п - мерном пространстве признаков, и последующей оценке описаний различных систем исследуемого класса и выборе соответствующих условиями задачи.

Для решения поставленной задачи необходимо разработать метод идентификации когенераторной ЭС по известным техническим решениям. Однако сложность задачи заключается в том, что в информационной области известно большое число когенераторных ЭС, являющихся комбинацией различных теплоэнергетических установок (рис.3).

Рис. 4.

Основной проблемой является выделение тех характерных признаков, которые определяют объект в общем виде. Известные подходы идентификации для формирования базы знаний не подходят. Так как упорядочивающие, а тем более предсказательные возможности не велики. Таксономические единицы не сформированы и не отражена размытость границ между ними. Не всегда со-

ОБОБЩЕННАЯ МОДЕЛЬ КОГЕНЕРАТОРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

М,

Иг

4*1 с=>

Генератор энергии

. Транс- , . ..

41 { форматор | ^-1 ""а

энергии

№ <=Э

Утилизатор

С=ф> №

блюдены правила формальной логики. Часто понятия "класс" и "тип" используются произвольно и затрудняют теоретическое обобщение различных тепловых двигателей. В них не учитываются внутренние процессы, происходящие с массой и энергией, т.е. процессы выделения энергии, ее преобразования и взаимодействия с массой в образовании рабочего процесса теплового двигателя.

Таблица 1.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ КОГЕНЕРАТОРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Классификационный Признак Альтернативное значение признака - У1

1 2 3

1. Принцип преобразования энергии в газогенераторном цикле Цикл Брайтона (газовоздушный цикл) Цикл Ренкина (па- рожидкостный цикл) Комбинированный цикл

2. Принцип передачи энергии газогенераторного цикла основному С отбором механической работы, но без отбора тепловой энергии С отбором механической работы и тепловой энергии С отбором тепловой энергии, но без отбора механической работы

3. Принцип присоединения массы газогенераторного цикла к основному Без присоединения массы С присоединением массы, без увеличения кинетической энергии С присоединением массы и увеличением кинетической энергии

4. Принцип использования свойств источника энергии газогенераторного цикла Теплотворная способность Теплотворная способность и работоспособность Теплотворная способность, работоспособность и хладоресурс

5. Принцип утилизации энергии отходящих газов Без утилизации С использованием котла утилизатора С использованием энергетического котла

Класс КЭУ кодируется в.одномерном поле по формуле:

*= п((ГД.-1) П

¿-1

где У, = 1,3 - порядковый номер позиции признака потокового графа, I -количество позиций в группе, I = 1,п - порядковый номер признака в упорядоченном списке из п - признаков /п=5/.

Основной постулат заключается в том, что тепловой двигатель есть сис-' темный технический объект, материальные. элементы которого реализуют управляемый рабочий процесс в Целях создания полезной работы. Заметим, что рабочий процесс когенераторной ЭС состоит из двух циклов: генераторного (генератор энергии), служащего не только для получения полезной работы на собственные нужды, но и для вырабатывания тепловой и механической энергии, передаваемой рабочему телу, участвующему в основном цикле, и основного (утилизатора энергии), в котором подведенная энергия превращается в полезную работу (рис.4).

Рассмотренные выше признаки образуют открытую систему множества несущих решений, которая представлена в таблице 1. Размытость границ между классами выражается описанием признаков лингвистическими переменными, введенными в теории нечетких множеств. Понятие "признак" разделен на три альтернативные части, две из которых являются пороговыми, а третья -составной. Например, по первому признаку процесс выделения энергии в генераторном цикле может осуществляться по циклам Брайтона, Ревдсина или их комбинации. Принцип комбинирования признаков строения при синтезе двигателей выражен нечетким описанием альтернативных значений признаков. Такой подход позволяет рассматривать двигатель, как объект, в котором внутренние процессы массо- и энергообмена определяют рабочий процесс и служат критерием различия двигателей.

Принципиальная схема обобщенной иод ели ТЭУ на основе газотурбинные технологий

Рис. 5.

Способ и совершенство процесса передачи энергии в значительной степени будут определять эффективность ТЭУ. В качестве примера, на рис. 5 приведена обобщенная модель ТЭУ, основой которой является ГТУ. Генератором

энергии является газогенератор ГТУ, граница деления которого проходит через компрессор и определяется значением давления за турбиной. Источником энергии для силовой турбины служит высокотемпературный сжатый газ.

В зависимости от способов передачи энергии от генераторного цикла основному ТЭУ можно разделить на следующие основные группы (рис.6):

• ТЭУ с отбором механической работы, но без отбора теплоты, т.е. без передачи теплоты от генераторного цикла основному (ГТУ со свободной турбиной).

• ТЭУ с отбором теплоты, но без отбора механической работы от генераторного цикла, т.е. с теплообменником в контуре генератора (I).

• ТЭУ с отбором механической работы и тепловой энергии от генераторного цикла (II).

• ТЭУ с отбором тепловой энергии от генераторного цикла с организацией бинарного цикла (III).

Методически такое деление обосновано по принципу энергообмена. Необходимо отметить, что передача теплоты осуществляется посредством другого рабочего тела участвующего в процессе энергообмена, в качестве которого рассматривается водяной пар. Дальнейшее деление ТЭУ связано с процессами дивергенции массы, т.е. с процессами смешения тел, участвующих в обоих циклах.

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ЭНЕРГООБМЕНА

Тепловая энергия Тепловая и механическая энергии Бинарные ТЭУ

Рис.6

Известны предложения по разработке новых технологических схем связанных с модернизацией существующих энергетических установок. Они пред-

назначены для повышения их эффективности и улучшения экологических показателей путем надстройки газотурбинными блоками (рис.6. I и II). В общем случае к устанавливаемому оборудованию предъявляются достаточно высокие требования. Это ресурс, наличие свободного места и, главное, чтобы вновь устанавливаемое оборудование не приводило к потере надежности работы модернизируемого оборудования и увеличению экологической нагрузки.

Экономия топлива составляет 20 ... 30% от расчетного значения. Размещение в котельной ГТУ создает дополнительные условия гарантированного электроснабжения не только собственных нужд, но и потребителей тепловой энергии. Такой двухступенчатый процесс сгорания топлива позволяет получить высокие экологические показатели снижения образования оксидов азота при совместной работе ГТУ и водогрейного котла (ВК). При таком режиме работы содержание оксидов,азота в отходящих газов котла составляет около 100 мг/м3 при норме 140 мг/м3'. Сохранена возможность работы на мазуте, что соответствует требованиям надежного теплоснабжения. КПД котла при номинальной нагрузке достигает 92%.

Технологическая схема модернизации существующих ПТУ путем надстройки ГТУ показана на рис. 6. III. Парогазовая установка включает в себя паротурбинную и газотурбинную установки. Причем ПГУ по экономичности, металлоемкости и удельным размерам может превосходить паротурбинную установку. Поэтому дальнейшая разработка ПГУ представляет собой одно из перспективных направлений развития энергетических установок.

Более высокие экономические показатели ПГУ по сравнению с исходными ПТУ и ГТУ могут быть получены за счет термодинамической надстройки парового цикла более высокотемпературным циклом ГТУ, уменьшением потерь теплоты с уходящими газами и комбинированным методом.

В схеме ПГУ с термодинамической надстройкой парового цикла газовым циклом, показанной на рис. 6. П1, а) повышение экономичности достигается использованием теплоты отработавших газов ГТУ для подогрева и частичного испарения питательной воды ПТУ. Экономия топлива в этой комбинированной установке обсспсчивастся за счст более полного использования теплоты уходящих газов ГТУ. Важным обстоятельством является то, что исходные ГТУ и ПТУ не претерпевают каких-либо существенных конструктивных изменений. Поэтому такая комбинация может быть использована для повышения эффективности и модернизации устаревших паротурбинных установок.

В схеме ГТУ с низконапорным парогенератором, показанной на рис. 6. III, б) газотурбинный двигатель имеет самостоятельную камеру сгорания, в которой жидкое или газообразное топливо сжигается при коэффициенте избытка воздуха, характерном для обычных схем ГТУ (а = 4...6). После расширения в турбине газы подаются для сжигания топлива в парогенераторе и получения пара для паровой турбины. Процесс сгорания топлива в парогенераторе ведется при низком давлении, соответствующем давлению газов после их расширения в турбине. Парогенератор может работать на топливе любого вида — твердом, жидком, газообразном.

В схеме ПГУ, показанной на рис. 6. III, в), общими агрегатами ГТУ и

ПТУ являются парогенератор — источник рабочего тела для этих установок и газоводяной подогреватель питательной воды. Процесс сгорания в парогенераторе протекает при коэффициенте избытка воздуха, близком к стехиометриче-скому (а = 1,1 ...1,15). При этом количество уходящих из ПТУ газов уменьшается пропорционально уменьшению а. Снижение температуры газов до допустимого значения (по условиям применения в турбине ГТУ) достигается отводом теплоты газов к питательной воде для образования пара для паровой турбины. В схеме, как видно, отпадают потери теплоты с уходящими газами ПТУ, а количество газов ГТУ существенно сокращается. Соответственно снижаются потери теплоты с уходящими газами. Недостатком указанной схемы является необходимость применения только жидкого или газообразного топлива, пригодного для работы ГТУ. Для сжигания топлива используется сжатый в компрессоре воздух, Поэтому парогенератор является высоконапорным (ВПГ).

Сравнительные исследования описанных схем ПГУ показывают, что стоимость энергии, полученной в установках с ГТУ, на 5—10 % ниже, чем стоимость энергии, полученной в установках с ПТУ.

Предложенное техническое решение относится к области ТЭУ и может быть использовано, в частности, в парогазовых энергетических установках. Целью решения является повышение эффективности рабочего процесса (пиковой мощности) парогазовой ГТУ путем использования кинетической энергии пара при присоединении его массы к газовой смеси и наиболее полному использованию тепловой энергии, полученной вследствие химической реакции топлива при двукратном подводе тепла в воздушно-газовом цикле.

Поставленная цель достигается следующим образом, пар подают на вход камеры перегревателя пара, который установлен внутри по оси дополнительной камеры сгорания, повышают температуру пара путем передачи тепла от газа, полученного при вторичном подводе энергии в дополнительной камере сгорания, через стенку между ними, увеличивают скорость истечения пара посредством сужающего сопла на выходе перегревателя и смешивают с продуктами сгорания на выходе дополнительной камеры сгорания, что приводит к одновременному уменьшению температуры, повышению давления и увеличению расхода парогазовой смеси перед силовой турбиной.

При этом устройство парогазовой ГТУ отличается тем, что внутри дополнительной камеры сгорания смонтирован по оси перегреватель пара, выполненный в виде кольцевой жаровой трубы, вход которой соединен посредством пилонов, проходящих через дополнительную камеру сгорания, с трубопроводом подачи пара, а выход, выполненный в виде конического сопла, образует на срезе сужающего выхода дополнительной камеры сгорания парогазовый эжектор, выход которого направлен на вход силовой турбины, причем вход перегревателя пара посредством трубопроводов соединен с выходом рубашки охлаждения, образованной вокруг внешнего корпуса дополнительной камеры сгорания, а ее вход подсоединен через теплообменник к насосу подачи воды.

Устройство парогазовой ГТУ с присоединенной массой водяного пара поясняется схемой представленной на рис.7.

Парогазовая. ГТУ С присовЗинеиои массой ¿одяного пара.

Мкр

'< теплоо&мен -иикц !в

Рис. 7. - г -

Парогазовая установка содержит последовательно установленные входное устройство 1, компрессор 2, газовую турбину 3, смонтированную на валу

4 с компрессором 2, камеру сгорания 5 с топливными форсунками 6, рубашку охлаждения 7 газовой турбины 3, дополнительную камеру сгорания 8 с перегревателем пара 9, который установлен по оси внутри кольцевой жаровой трубы 10, оснащенной топливными форсунками 11, рубашку охлаждения 12 дополнительной камеры сгорания 8, сужающий выход которой совместно с коническим соплом 13 перегревателя пара 9 образует парогазовый эжектор 14 на входе силовой турбины 15, которая подсоединена к потребителю, проходящим через канал 16, валом 17, /теплообменник 18 и выходное устройство 19. Парогазовая ГТУ оснащена системой автоматического регулирования (САР) 20 подачи топлива к форсункам 6 и 11 основной и дополнительной камер сгорания

5 и 8, и регулятором 21 подачи воды.

Устройство работает следующим образом. Воздух через входное устройство 1 направляется на вход компрессора 2, где сжимается и поступает в основную камеру сгорания 5. Здесь он смешивается с топливом, поступающим от САР 20 через форсунку 6, и сгорает. Продукты сгорания расширяются на ступенях турбины 3, приводя во вращение компрессор 2 посредством вала 4. Дальше газ поступает в дополнительную камеру сгорания 8, где внутри кольцевой жаровой трубы 10 смешивается с топливом поступающим от САР 20 через форсунку 11. Здесь он дожигается, отдает часть тепла водяному пару через стенку перегревателя пара 9 и сжимается в парогазовом эжекторе 14 & счет кинетической энергии при истечении водяного пара через первичное сопло 13. Происходит повышение его давления и снижение температуры. Образовавшаяся парогазовая смесь расширяется на ступенях силовой турбины 15, приводя во вращение потребитель мощности посредством вала 17. Далее смесь поступает в теплообменник 18, где происходит передача тепла воде и ее разделение за счет конденсации.

ТЕПЛОВЫЕ ДИАГРАММЫ ПАРОГАЗОВОЙ ГТУ

Рис. 8.

Способ получения пиковой мощности парогазовой ГТУ поясняется с помощью рис. 8, где представлены тепловые диаграммы комбинированного цикла работы теплоэнергетического устройства в р-у (а) и (б) координатах.1

В третьей главе рассмотрены вопросы построения математической модели теплоэнергетической установки газотурбинного типа с промохлаждением,

1 Метод анализ парогазовой ГТУ предложен проф. В.И. Бакулевым

двухступенчатым подводом тепла, регенерацией теплоты и утилизацией энергии уходящих газов.

Теплоэнергетические установки электростанций, работающие на природном •топливе, производят более 80 % электроэнергии. На электростанциях сжигается около 30% природного топлива. Приведенные цифры дают основание полагать, что повышение экономической эффективности ТЭУ является важнейшей задачей. В каждом конкретном случае она представляется как проблема выбора схемы и параметров исследуемого типа ТЭУ. При этом основными инструментами ее решения являются математическое моделирование и оптимизация.

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА КОГЕНЕР АТОРНОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ГАЗОТУРВНННОГО ТИПА

Рис. 9.

Современные ТЭУ, имеют существенно более сложные технологические схемы, чем схемы традиционных паротурбинных установок на природном топливе. К ним относятся установки, работающие по комбинированному термодинамическому циклу (парогазовые и другие), и когенераторные ТЭУ, которые кроме электроэнергии производят другую продукцию (тепловую энергию, искусственное жидкое топливо и т.д.). Расчетная схема когенераторной ТЭУ газотурбинного типа представлена на рис. 9.

Из известных методов расчета характеристик ТЭУ газотурбинного типа наиболее точными и распространенными являются методы, основанные на использовании характеристик отдельных элементов, входящих в двигатель, так как они позволяют наиболее полно учесть особенности работы этих элементов в системе двигателя. Поэтому приведенная в работе система программ составлена с учетом особенностей методов расчета характеристик ГТУ по характеристики их отдельных элементов.

Процесс расчета характеристик ГТУ по характеристикам их элементов включает в себя:

• расчет или задание характеристик элементов, входящих в двигатель;

• определение текущих параметров этих элементов при их совместной работе в системе двигателя;

• определение параметров рабочего тела в различных сечениях на расчетных и текущих режимах работы;

• определение эффективных параметров (удельной мощности и удельного расхода топлива) при совместной выработки энергии.

Система программ для расчета характеристик когенераторной ТЭУ газотурбинного типа составлена с учетом того, что основными элементами являются входные устройства, компрессоры, камеры сгорания, турбины, камеры смешения, теплообменники-регенераторы, котлы утилизаторы и выходные устройства, и она может быть использована полностью или частично в программах расчета практически любого типа ТЭУ. В предлагаемую систему программ расчета характеристик ТЭУ включены программы:

• для определения параметров потока воздуха и продуктов сгорания за перечисленными выше элементами ТЭУ;

• для теплового расчета камер сгорания;

• для определения мощности и удельного расхода топлива.

Задачи, решаемые при расчете характеристик ТЭУ, в большинстве случаев могут быть сведены к следующим четырем основным типовым задачам.

1. Определение приращения удельного теплосодержания в газе Лг. По заданным начальной Т1 и конечной Т2 температурам процессов сжатия, расширения, подвода или отвода тепла.

•2. Определение конечной температуры газа Т2 при заданных начальной температуре Т] и приращении теплосодержания А/ в процессах сжатия, расширения, подвода и отвода тепла.

3. Определение отношения конечного давления р2 к начальному Р1 в адиабатных процессах сжатия или расширения по заданным начальной Т] и конечной Т2 температурам.

4. Определение конечной температуры Т2 в адиабатных процессах сжатия или расширения по заданным начальной 1емпературе Т] и отношению конечного давления р2 к начальному рь

Преимущественное распространение этих задач объясняется тем, что параметры потока за различными элементами ТЭУ обычно определяются по соотношениям, описывающим адиабатные процессы, а имеющие место различного рода потери учитываются коэффициентами полезного действия или коэффициентами восстановления давления, которые входят в характеристики элементов двигателей. Для того чтобы получить формулы для решения этих четырех задач с учетом зависимостей Ср(Т, дт) и Яг(дт)> используются дифференциальные выражения для теплосодержания еИ = Ср(Т,дт)сИ и для уравнения адиаба-

Ир Ср(Т,цт) 6.Т „ ты — = —-———. В отличие от внутренней энергии и энтальпии, энтропия яв-

Р КЯт) т

ляется функцией двух параметров = Ср(Т, ут)—- )— (здесь дт- отноше-

Т р

нйе расхода топлива к расходу воздуха, характеризует состав газа).

Схема простейшей ГТУ и идеальный цикл в координатах

Чг

■

КС —I

ИЭ

Г т

1 Ъ 1е Т. £

4Ч-'а7*' --Г ^"-Т"

* я

Г Г

¡г-1,-1*-К

4$ > О

ск > О

Рис. 10.

На рис. 10 представлена схема простейшей ГТУ и идеальный цикл в м координатах, поясняющий принцип ее работы.

В результате анализа цикла простейшей ГТУ получено уравнение для определения эффективного КПД

= ~{\ + 9г]т"пК)-х+в-1]т-г}К

где х - относительное изменение температуры в процессах сжатия и расширения х = ж 1 , я - степень повышения давления в цикле, 9 - теплоподвод в

цикле в - —, г)т и г]к - адиабатные КПД турбины и компрессора. Графическое решение уравнения эффективного КПД с помощью МаШСас! в сравнении с тер-

Математическое моделирование позволяет изучать свойства объекта посредством анализа свойств его математической модели. Трудность применения имеющихся в настоящее время математических моделей тепловых схем ТЭУ и методов их реализации особенно проявляется при переходе от традиционных методов моделирования к математическому моделированию и САПР.

Дейетвигельньй цикяГТУ в 1-я координатах с учетом изменения состава рабочего тела

Рис. 12.

На рис. 12 показан действительный цикл ГТУ в 1-5 координатах с учетом изменения относительной массы рабочего тела - Р с учетом подвода топлива, характеризующий изменение состава рабочего тела, т.е. изменение состава это переход к новой диаграмме. Расчет выполнен для двухступенчатого теплопод-вода.

Для анализа энергосберегающих технологий в работе использован метод вычитания эксергетических потерь, который исходит из того, что нет нужды изучать все потоки эксергии. Зная первичную эксергию (эксергию на входе в установку), достаточно учитывать в дальнейшем только эксергетические потери. Последние суммируются друг с другом и позволяют продукцию любой энергетической установки (выработанную электроэнергию или отпущенную потребителям эксергию тепла) подсчитывать как разность между первичной эк-сергией и эксергетическими потерями.

Сравнительный анализ ТЭУ по применению энергосберегающих технологий показан на рис. 13. На рис. 13 а) показано применение регенерации тепла, а на рис. 13 б) - промохлаждение и регенерация теплоты уходящих газов. В данном случае рассматривается ГТУ с двухступенчатым тенлоподводом.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ТЭУ ГАЗОТУРБИННОГО ТИПА

а) 8, кДж/кгК щ г.фж/кгК

Рис. 13.

Разработанный метод математического моделирования и алгоритм расчета на его основе позволяет выполнять тепловые расчеты камеры сгорания, как для определения потребного отношения расхода топлива к расходу воздуха для обеспечения заданной температуры на выходе из камеры (прямая задача), так и

определение температуры на выходе из камеры по заданному соотношению (обратная задача). Расчеты выполняются как для «бедной», так и, «богатой» смеси.

В четвертой главе обобщены результаты использования энергоаккумули-рующих веществ в теплоэнергетических установок для создания экологически чистых технологий получения энергии.

Создание теплоэнергетических установок различного назначения, удовлетворяющих экологическим требованиям, может быть осуществлено путем применения предложенных у нас в стране в 1969 г. энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ). По определению И.Л. Варшавского: «Энергоаккумулирующие вещества — многократно восстанавливаемые вещества из природных и искусственных окислов, многократно заряжаемые первичные элементы гидридов, многократно восстанавливаемые основные элементы боридов, силицидов, карбидов, нитридов и многократно восстанавливаемые высокоэнергетические соединения, вещества в атомарном или возбужденном состоянии, а также высокотеплоемкие вещества и соединения в твердой, жидкой и газообразной фазе, при определенных условиях отдающие аккумулированную в них энергию» .

Использование ЭАВ в качестве топлива осуществляется следующим образом. Сначала, при соответствующей температуре и наличии катализатора, ЭАВ реагирует с водой):

2А1 + ЗН20 = А1203 + ЗН2.

Но так как при этом температура продуктов реакции была бы весьма высокой, то для реакции подают избыток воды:

2 А1 + п Н20 = А1203 + (п - 3) Н20 + ЗН2.

Затем водород сжигают в камере сгорания:

2Н2 + 02 = 2Н20.

Первая реакция взаимодействия ЭАВ с водой должна происходить в строгом соответствии с режимом работы двигателя. Производится эта реакция в устройстве, называемом реактором, к которому предъявляются следующие основные требования. Устройство должно обеспечивать непрерывное протекание реакции с периодическим или непрерывным вводом алюминия и выгрузкой окиси алюминия. При этом должна быть возможность управлять реакцией, получая заданный расход водорода и температуру парогаза (пароводорода). Минимальная температура парогаза ограничивается температурой, при которой устойчиво протекает реакция, максимальная — конструкцией реактора и камеры сгорания. Реактор находится под давлением, величина которого соответствует выбранной схеме и режиму работы теплоэнергетической установки. С одного кг А1 получается 0,112 кг Н2.

Применение ЭАВ в газотурбинных двигателях связано с рядом особенностей, требующих термодинамического анализа и разработки новых схем с целью наиболее рационального использования тепла и конструктивного осуществления цикла.

2 Варшавский ИЛ. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. - Киев: Наукова Думка, 1980. - 240

Первой отличительной особенностью схем, например на рис. 14. б), работающих на ЭАВ, является разный весовой расход рабочего тепла в элементах установки. В камеру подается пароводород. На величину расхода пароводорода уменьшается расход воздуха в компрессоре и соответственно затрачиваемая на его привод мощность.

Исследования показали, что пароводород по весу составляет примерно одну пятую часть расхода рабочего тела через турбину. На выходе из турбины состав отработавшего газа представляет собой водяной пар, азот и кислород. Расход воды в цикле значителен, поэтому ее следует сконденсировать после расширения в турбине и вернуть в реактор (рис. 14. а). Это вторая особенность ГТУ, являющаяся недостатком по сравнению с обычными, если учесть, что тепло от конденсатора, в конечном итоге, можно отвести только воздухом (для транспортных ГТУ), для чего через конденсатор следует пропустить большие его объемы.

НР

Рис. 14.

н Ш (5) к ' \ *\

Н,

Конденсация должна идти при давлении, близким к атмосферному, поскольку при этом следует отработавший воздух выпустить наружу. Парциальное давление паров воды при конденсации будет ниже атмосферного и отработавший воздух будет выходить влажным. Это составляет неизбежную потерю воды из цикла, требующую ее пополнения. Температура конденсации зависит от парциального давления, а следовательно, и от процентного состава отработавших газов. С уменьшением температуры конденсаций уменьшается расход вводимой в цикл воды, но также уменьшается возможный температурный перепад охлаждающего воздуха — растет и без того большой его расход через конденсатор.

Третьей особенностью является возможность вернуть тепло выхлопных газов в цикл в большем количестве, чем в обычных газотурбинных установках с регенератором, причем более удобным газо-водяным теплообменником. В обычном цикле ГТУ с регенерацией тепло выхлопных газов передается воздуху за компрессором. Максимальное тепло, которое можно передать, ограничивает- 1

ся температурой конца сжатия. Поэтому цикл с регенерацией значительно увеличивает КПД по сравнению с циклом без регенерации на малых степенях сжатия и не приносит никакой выгоды на больших, где теплоиспользование само по себе выгоднее.

Температура в реакторе определяется избытком расхода воды, которая называется балластной. Отношение весового расхода водорода к весовому расходу воды определяется по следующей формуле

снг = сРнА*'= ~*е)

9 Н-фс

Это отношение зависит не только от требуемой температуры в реакторе, но и от начальных температур реагирующих веществ — воды и ЭАВ, и определяет весовой расход парогаза б, = СНг +(7я опри заданной температуре второй

реакции Тг. Результаты расчета представлены на рис. 15.

Рис. 15.

В пятой главе проведен анализ применения водорода в энергетике и выполнены исследования влияния добавок водорода в углеводородное топливо на энергетические и экологические показатели теплоэнергетической установки.

Проблема водородной энергетики и технологии является актуальной и включает несколько аспектов.

• Во-первых, разработка экономичных и технически приемлемых методов получения водорода. В настоящее время интерес представляют методы получения водорода, связанные с переработкой угля. Наиболее распространенный в настоящее время метод получения водорода из природного газа не решает проблемы полного замещения газового топлива, однако представляет большой интерес в связи с возможностью производства водорода из природного газа с использованием ядерного топлива для компенсации теплового эффекта эндотермической реакции конверсии, что позволяет сэкономить до 40% природного газа.

• Во-вторых, важным аспектом является хранение, транспорт и распределение водорода. Здесь необходимо рассматривать хранение, транспорт и распределение как газообразного, так и жидкого водорода, а также хранение водорода в связанном виде.

Использование водорода в системе производства электроэнергии связано с тенденцией разуплотнения графика потребления электрической энергии, которая ставит перед энергетиками задачу изучения и разработки средств его покрытия. В настоящее время в энергосистему помимо базисных электростанций вводятся полубазисные и пиковые электростанции, работающие, как правило, на природном топливе и с невысоким КПД. Создание маневренных АЭС с переменной во времени тепловой мощностью реактора сопряжено с рядом серьезных трудностей.

Энергетическая эффективность комбинированной атомно-водородной установки, скомпонованной на базе современной АЭС, показывает, что повышение начальной температуры пара перед турбиной до 773 К при давлении 6,0 МПа увеличивает тепловую экономичность цикла примерно на 15% по сравнению с циклом АЭС на насыщенном паре. При этом удельный расход водородного топлива на производство пиковой электроэнергии в пересчете на условное топливо состайляет 205 г-/кВт-ч, т. е. КПД использования водорода составляет 60 %.

Энергетические показатели смесей углеводородных топлив и водорода определяются соотношением этих компонентов. Добавка водорода приводит к повышению массовой теплопроизводительности во всем исследуемом диапазоне. Однако степень влияния этого фактора зависит от значений а - коэффициента избытка воздуха и концентрации водорода. Сложный характер функции энтальпии смеси объясняется влиянием диссоциации. В области а < 1 с ее увеличением приведенная теплопроизводительность падает в связи с превалированием потерь на диссоциацию, вызванных ростом температуры вследствие ввода водорода. При дальнейшем повышении а эти потери значительно снижаются, благодаря чему энтальпия смеси начинает возрастать. В области переобеднен-

ных смесей (а > 2) наблюдается тенденция снижения теплопроизводительности вследствие уменьшения концентрации энергоносителя и смеси.

!>»» «I II »яимиици пП»«

щтжмцйшаЩ

Рис. 16. Рис. 17.

Добавка водорода сопровождается увеличением отношения Н/С и соответственно возрастанием стехиометрических коэффициентов и энтальпии топлива.. При добавлении к СН4 водорода доля углерода уменьшается, следовательно, выхлоп становится более экологичным, так как уменьшается содержание СО в продуктах сгорания. По разработанной методике просчитаны термохимические показатели метана в зависимости от добавки к нему водорода. Исследования влияния добавок водорода к углеводородному топливу на энергетические характеристики ТЭУ выполнены по методике изложенной в главе 3. Результаты расчета представлены на рис. 16 и 17. Добавки водорода позволяют сэкономить природное топливо и повысить энергетические характеристики ТЭУ газотурбинного типа.

В шестой главе проведен анализ различных способов повышения мощности путем впрыскивания жидкости и выполнен^ исследования влияния впрыска водяного пара при вторичном подводе теплоты на энергетические и экономические показатели теплоэнергетической установки.

Повышение мощности ГТУ впрыскиванием жидкости можно осуществить двумя способами: подачей жидкости в камеру сгорания на некотором удалении от турбины двигателя и подачей жидкости в сечение, расположенное перед ком-

прессором двигателя. Жидкость в камеру сгорания ГТУ впрыскивают через форсунки, установленные на некотором удалении от турбины таким образом, что она попадает внутрь жаровых труб во вторичной зоне камеры сгорания. Испарение жидкости в камере сгорания в связи с увеличением расхода газа, проходящего через турбину, при неизменной температуре газа перед турбиной приводит к сдвигу рабочей точки на напорной линии характеристики компрессора в сторону больших значений степени повышения давления - пь Это непосредственно следует из условия постоянства приведенного расхода газа через турбину. При работе ГТУ по циклу БТЮ водяной пар после срабатывания в проточной части вместе с выхлопными газами безвозвратно уносится в атмосферу.

Исследования по впрыску водяного пара при вторичном теплоподводе выполнено по разработанной автором приближенной методике с использованием результатов полученных ранее в главе 3. Расчетная схема для исследования влияния впрыска водяного пара при вторичном теплоподводе на энергетические и экономические показатели представлена на рис. 9. На выходе силовой турбины установлен котел-утилизатор. Особенностью рассматриваемой расчетной схемы является отсутствие теплообменника-регенератора. Это связано с тем, чтобы более наглядно выявить характер изменения эффективных показателей. Результаты расчета представлены на рис. 18. По оси абцисс отложена суммарная мощность электрической и тепловой энергии. По оси ординат - эффективный КПД электрической и суммарной выработки - когенерации. Расчет выполнен для трех значений относительного расхода водяного пара -т. С увеличением температуры парогаза во второй камере сгорания, эффективный электрический КПД падает с увеличением ее выработки, а эффективный суммарный КПД с учетом утилизации тепловой энергии увеличивается. Увеличение впрыска водяного пара приводит к их снижению. Это объясняется тем, что необходимо возвращать в цикл низкопотенциальную энергию, которая увеличивается с ростом впрыска водяного пара из-за изменений теплофизических свойств парогазовой смеси.

В седьмой главе проведен анализ технологий аккумулирования ядерной энергии и использования угля в ТЭУ газотурбинного типа, на основании которой предложен новый подход аккумулирования ядерной энергии и угля посредством применения газотурбинных технологий и использования энергоаккмули-рующих веществ

Еще в 1981 в программной работе академика А. П. Александрова было отмечено о необходимости создания инерционной системы накопления энергии с целью оптимизации использования АЭС.

Предлагаемая концепция водородной энергетики заключается в поэтапном переводе ТЭС на водород. Она отличается от известной концепции тем, что из цепочки производство - хранение - потребление водорода исключается этап хранения. Предполагается, что на АЭС располагается предприятие по производству и переработки ЭАВ — металлургический завод.

' ВЛИЯНИЕ ВПРЫСКА ВОДЯНОГО ПАРА ПРИ ВТОРИЧНОМ ПОДВОДЕ ТЕПЛА НА ЭФФЕКТИВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Тг,= 1390 К

1623 К

4« •>

-рт уА

■ =0.8 Тг,= Ш0К 1633 £

Ч,

Тг,= 1390 К

Рис. 18.

Транспортировка ЭАВ осуществляется железнодорожным транспортом с обычными средствами безопасности. На ТЭС устанавливается реактор, куда совместно с ЭАВ подается вода, в котором осуществляется производство водорода. Водород непосредственно используется на ТЭС, обеспечивая безопасность

его применения. Доля водорода в топливном балансе ТЭС будет составлять менее 10%. Основная задача на этом этапе повысить КПД выделения тепловой энергии при сжигании углеводородного топлива и уменьшить выбросы монооксида углерода и диоксида азота.

На втором этапе предполагается в системе вывода отработавших газов ТЭС установка мембранных разделителей для выделения диоксида углерода и подачи его в реактор, где при соединении.с водородом будет вырабатываться синтетическое жидкое топливо - метанол. Синтез метанола с использованием водорода, полученного из воды, требует в качестве сырья кроме водорода еще и углерод или диоксида углерода.

Если использовать С02, производимую в качестве побочного продукта, то возможно производство метанола на основе реакции

ЗН2+С02 СН30Н+Н20.

При этом на 1 т метанола требуется по различным данным от 0,065 до 0,09 т водорода. Рост стоимости природного газа более 120 долл. за тонну в пересчете на условное топливо экономически оправдывает использование электролитического водорода (производимого по перспективной технологии) для производства СН3ОН при наличии больших резервов С02 как побочного продукта. При этом доля потребления водорода на ТЭС увеличится. Реализация второго этапа позволит полностью сократить выбросы диоксида углерода в атмосферу и создать экологически чистое производство энергии. При этом ТЭС будет производить не только электрическую и тепловою энергию, но и моторное топливо для транспорта.

На третьем этапе - в местах добычи твердого топлива - угля, запасы которого значительны, устанавливается реактор, где уголь при соединении с водородом превращается в энергетический газ - метан. Условно" такую установку можно представить состоящей из трех блоков: газифйкации угля, синтеза метилового спирта и энергетического блока. В блоке газификации осуществляются процессы газификации угля в газогенераторах с кипящим слоем, охлаждения и очистки продуктов газификации. Здесь генерируется острый пар и пар низкого давления, которые идут в энергоблок на выработку электроэнергии. В блоке синтеза метилового спирта осуществляются процесс каталитического синтеза метанола, а также генерация пара низкого давления, поступающего в энергоблок. Блок имеет три последовательные ступени синтеза с различным числом параллельно работающих реакторов в каждой ступени. В энергетическом блоке происходит сжигание продувочного газа, поступающего из блока синтеза, охлаждение продуктов сгорания и выработка электроэнергии в газовых и паровой турбинах. Шахты превращаются в предприятия не только по производству энергии, но и по производству строительных материалов из твердых отводов. Рентабельность их производства возрастет в несколько раз и сравнится с добычей газа. Упрощается система транспортировки первичного энергоресурса - передача его осуществляется по трубопроводам. Добыча нефти и природного газа может быть значительна сокращена. ТЭС переводятся на энергетический газ. Этот период характеризуется большей ролью ядерной энергетики в аккумулировании энергии посредством ЭАВ.

В результате выполнения этих трех этапов будет решена задача по более эффективному использованию природных энергетических ресурсов как важнейшего национального достояния страны и повышению качества жизни населения за счет роста энергопотребления при существенном снижении воздействия на окружающую среду.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. Разработан метод системного анализа теплоэнергетических установок, позволяющий проводить широкий комплекс проектно-исследовательских работ в области создания перспективных когенера-торных энергетических систем

2. Выполнено построение 'модели знаний экспертной системы технических решений, основанной на основных принципах массо- и энергообмена между котлом утилизатором и генератором энергии, а именно: преобра-

, зования энергии в генераторном цикле, передачи энергии генераторного цикла основному, присоединения массы генераторного цикла, использования основных свойств топлива и утилизации энергии уходящих газов.

3. На основании результатов проведенных исследований и обобщения энергетических и экологических характеристик теплоэнергетических установок газотурбинного типа установлено, что их экологическое совершенство определяется отношением (Н/С>1,8) и связано с повышением водородосодержания топлива.

4. Разработан метод расчета энергетических характеристик углеводородного топлива при добавках водорода.

5. Разработан метод расчета влияния впрыска водяного пара при вторичном подводе тепла леред силовой турбиной на энергетические и экономические характеристики когенераторной ТЭУ газотурбинного типа.

6. Обоснованы рациональные методы применения водорода как дополнительного энергоносителя в теплоэнергетических установках газотурбинного типа.

7. Предложен способ получения пиковой мощности на парогазовой установке и парогазовая установка для осуществления способа.

8. Показано, что при впрыске водяного пара в тракт когенераторной ТЭУ газотурбинного типа происходит снижение эффективного КПД и требуется утилизация низкопотенциальной энергии уходящей парогазовой смеси.

9. Разработан метод технико-экономического анализа рабочего процесса теплоэнергетической установки с двухступенчатой системой подвода теплоты, промежуточным охлаждением воздуха и утилизацией энергии уходящих газов.

10. Предложен новый подход аккумулирования ядерной энергии и угля посредством применения газотурбинных технологий и использования энер-гоаккмулирующих веществ.

Основное содержание работы опубликовано в работах:

1. Азатян В.В., Козляков В.В. Новые подходы и решения водородной энергетики // Сборник научных докладов Ш-го Международного совещания по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте. - М.: ИМАШ РАН, 2003. - С. 18 - 22.

2. Азатян В.В., Козляков В.В. Новые подходы использования химических методов в решении проблем водородной энергетики // Тяжелое машиностроение, 2003, № 9. - С. 12 -14.

3. Ахременкова Л.А., Козляков В.В. Исследование хладоресурса криотоплива для улучшения характеристик РТД // Тезисы докладов III научно-технической конференции "Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах", Москва, ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 16-17 мая 1996. - С.34.

4. Ахременкова Л.А., Козляков В.В. К вопросу об использовании хладоресурса криогенного топлива для улучшения характеристик ракетно-турбинных двигателей // Тезисы докладов XX научных чтений по космонавтике. Симпозиум, посвященный памяти академика Б.С. Стечкина. Москва. МГУ., 30 января - 2 февраля 1996 г. - С. 148,

5. Бакулев В.И., Воронцов A.A., Козляков В.В., Кравченко И.В. Двигатели нетрадиционных схем. В сб. Расчетное и экспериментальное исследование ВРД. - М.: МАИ, 1989. - С.10 - 14.

6. Бакулев В.И., Козляков В.В. Способ получения пиковой мощности на парогазовой установке и парогазовая установка для осуществления способа. Заявка № 5.048.457 от 22.01.91. МКИ F 01 К 21/04. Патент РФ № 2.076.929 от 10.04.97. Бюл. 10.

7. Бакулев В.И., Козляков В.В. Учет полноты сгорайия, процессов диссоциации и рекомбинации в математических моделях ВРД больших сверхзвуковых скоростей полета // Изв. Вузов. Авиационная техника, 1992, № 2. - С. 102- 105.

8. Бакулев В.И., Козляков В.В., Кравченко И.В. Математическое моделирование теплообменника в системе комбинированного двигатёля. В сб. Газодинамика элементов ВРД. - М.: МАИ, 1989. - С.86 - 91.

9. Бакулев В.И., Кравченко И.В., Козляков В.В., Шарафиев В.Л. Комбинированные ВРД сверхзвуковых скоростей полета. В сб. Расчетное и экспериментальное исследование ВРД. - М.: МАИ, 1987. - С.4 - 9.

10. Бакулев В.И., Козляков В.В. Комбинированный газотурбинный двигатель. Заявка N 4.045.442 от 31.03.86. МКИ F 02 К 3/06. Авт. свид. N 1.401.971 от 08.02.88.

11. Козляков В.В. Концепция построения экспертной системы для обоснования технических решений по комбинированным реактивным двигателям ГЛА. Тезисы докладов XX научных чтений по космонавтике. Симпозиум, посвященный памяти академика Б.С. Стечкина. Москва. МГУ. 30 января -2 февраля 1996 Г.-С.147.

12. Козляков В.В. Концепция построения экспертной системы по техническим решениям для комбинированных реактивных двигателей. Тезисы докладов научно-методической конференции посвященной 50-летию кафедры "Тео-

32 »MÎP3 ^iüöf

рия Воздушно-реактивных двигателей". - Москва. - МАИ. 5 -6 октябре / 1995 г. - С.6.

13. Козляков В.В. Применение энергоаккумулирующих веществ в авиации для получения водорода на аэродроме // Авиакосмическая техника и технология, 1998.J61.-C. 19-22.

14. Козляков"В.В., Корнеев С.Д., Марюшин JI.A., Первак Г.И. Вопросы повышения эффективности систем и аппаратов промтеплоэнергетики. - М.: «Компания Спутник +», 2000. - 176 с.

15. Козляков В.В. Метод анализа иерархий в оценке эффективных показателей тепловых двигателей прямой реакции. В сб. Системный анализ в технике. Вып. № 7. - М.: Вузовская книга, 2001. - С.40 - 53.

16. Козляков В.В., Козлякова О.В. Парогазотурбинные установки бинарного цикла на базе газотурбинных двигателей для промышленной теплоэнергетики // Сборник научных докладов 11-го Международного совещания по использованию энергоаккумулирующих веществ в экологии, машиностроении, энергетике, транспорте и в космосе. - М.: ИМАШ РАН, 2001 г. -С. 220-233.

17. Козляков В.В,, Козлякова О.В. Применения водорода в теплоэнергетических установках нового поколения // Доклад на VI-ой научно - технической конференции по применению криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах. 21-22 февраля 2Ö02 г., Москва, ВАТУ им. Н.Е. Жуковского.

18. Козляков В.В., Козлякова О.В. Применения водорода в теплоэнергетических установках нового поколения // Материалы VI-ой научно - технической конференции по применению криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах. - М.: ВАТУ им. Н.Е. Жуковского, 2002 г. - С. 56 -85.

19. Козляков В.В., Козлякова О.В. Технологическая концепция экологически чистой энергетики на основе применения газовых турбин и использования энергоаккумулирующих веществ // Доклад на Ш-ем Международном совещании по проблемам энергоаккумулирования и экологии в машиностроении, энергетике и на транспорте. 4-6 декабря 2002 г.," Москва, ИМАШ РАН.

20. Козляков В.В., Кравченко В.Ю. Экспертная система технических решений по комбинированным реактивным двигателям на базе СУБД FoxPro -2. Сборник научных трудов, посвященный 50-летаю кафедры 201. - М., МАИ, 1995.-С. 54-58.

21. Козляков В.В., Скворцов И.Ю. Особенности моделирования двигателей комбинированных схем на водородном топливе. В сб. Расчетное и экспериментальное исследование ВРД. - М.: МАИ, 1987. - С.10 - 15.

22. Kozlaykov V.V. System analysis of jet engines for great supersonic flight velocities. Journal of Flight Sciences and Space Research. - 1997. - № 492. - 4p.

ИД №01809 от 17.05.2000 , Подписано в печать 11.09.03 Сдано в производство 11.09.03 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ.

Усл.печ.д. 2,0 Уч.-изд.л. 1,75 Заказ 352 Тираж 100 Электронный набор МГТУ, 119991, ул. Малая Калужская, 1

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Козляков, Вячеслав Васильевич

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГАЗОТУРБИННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

1.1. Требования к энергетике в условиях устойчивого развития

1.2. Когенерация и ее роль в решении проблем промышленной энергетики.

1.3. Энергосберегающие технологии на основе применения газовых турбин.

1.4. Анализ состояния промышленности по производству теплоэнергетических установок газотурбинного типа

1.5. Экологические проблемы вредного воздействия теплоэнергетики на окружающую среду.

1.6. Постановка задачи исследования.

2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ КОГЕНАТОРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И НОВОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ НА СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПАРОГАЗОВОЙ ГТУ

2.1. Необходимость прогнозных технологических исследований в энергетике.

2.2. Классификация когенераторных энергетических систем и их сравнительный анализ.

2.3. Метод системного анализа когенераторных энергетических систем.

2.4. Новое техническое решение на способ получения пиковой мощности на парогазовой установке и парогазовая установка для осуществления способа.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ГАЗОТУРБИННОГО ТИПА

3.1. Применение математических моделей при проектировании тепловых схем теплоэнергетических установок.

3.2. Математическая модель теплоэнергетического устройства газотурбинного типа.

3.3. Тепловой расчет и термодинамической анализ теплоэнергетической установки газотурбинного типа с промохлаждением и регенерацией тепла.

4. ЭНЕРГОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

4.1. Использование энергоаккумулирующих веществ в теплоэнергетических установках

4.2. Производство ЭАВ и токсилогическая оценка при его производстве

4.3. Методика определения выхода пароводорода из реактора

5. ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ВОДОРОДА К УГЛЕВОДОРОДНОМУ ТОПЛИВУ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

5.1. Перспективы внедрения водородной энергетики.

5.2. Методика учета добавок водорода на состав и энергетические характеристики углеводородного топлива.

5.3. Влияние добавок водорода на экономические и экологические характеристики ТЭУ газотурбинного типа.

6. ВЛИЯНИЕ ВТОРИЧНОГО ПОДВОДА ТЕПЛА И ВПРЫСКА ВОДЯНОГО ПАРА НА ВЫРАБОТКУ ЭНЕРГИИ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

6.1. Использование водяного пара для повышения эффективности выработки энергии ТЭУ газотурбинного типа.

6.2. Приближенный учет влияния впрыскивания водяного пара при вторичном подводе теплоты на характеристики ТЭУ.

6.3. Влияние впрыскивания водяного пара при вторичном подводе теплоты на энергетические и экономические характеристики ТЭУ газотурбинного типа.

7. НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АККУМУЛИРОВАНИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАМЕННОГО УГЛЯ

7.1. Применение газификации угля в теплоэнергетических установках газотурбинного типа.

7.2. Концепция водородной энергетики на основе применения газовых турбин и использования энергоаккумулирующих веществ

Введение 2003 год, диссертация по энергетике, Козляков, Вячеслав Васильевич

Академик В.И. Субботин

Актуальность. В настоящее время топливно-энергетическая и экологическая проблемы приобретают все большую актуальность и масштабность. Это связано с ограничением запасов органических топлив таких, как природный газ и увеличением их стоимости. Ростом потребления их в других отраслях промышленности. Воздействием процессов сжигания на окружающую среду. Глобальные проблемы энергетики все больше принимают экологическую направленность. Это связано с проблемами ограничения выбросов диоксида углерода, метана и других газов в связи с угрозой повышения температуры атмосферы, защите от радиации, кислотных дождей и выбросов токсичных и канцерогенных веществ. Определены квоты на выбросы СО2 отдельными странами. В России обязательным документом, регламентирующим действия для всех газо-потребляющих агрегатов, включая промышленные и отопительные установки, является ГОСТ Р 50591-93 «Горелки газовые промышленные. Предельные нормы концентраций NOx в продуктах сгорания». ГОСТ конкретизирует статью 32 п. 1 Закона РФ «Об охране окружающей среды». Предельно допустимые концентрации NOx пересчитаны на принятый коэффициент избытка воздуха а = 1.4 (02=6%). Например, для паровых котлов мощностью от 3 до 19 МВт предельные концентрации СО2 и NOx составляют для вновь разрабатываемых (с 01.01.97): С02 - 150 мг/м3 и NOx - 0.055 г/МДж. Для котлов большей мощности необходимо внедрение одного или нескольких методов подавления оксидов азота. К этим методам относятся: упрощенная схема рециркуляции газов и схема двухступенчатого сжигания.

Появление нетрадиционных энергоисточников невозможно без применения вторичных энергоносителей, так как они не могут непосредственно быть использованы вместо нефтяных топлив. В качестве универсальных энергоносителей рассматриваются синтетические топлива и водород. Синтетические топлива получаются из углей и сланцев. Пониженное содержание полициклических ароматических углеводородов может привести не только к снижению энергетических характеристик, но и к увеличению дымности, токсичности и канцерогенной активности продуктов сгорания. Выходом из решения топливно-экологических проблем энергетики является применение ядерных источников энергии не только для производства электрической и тепловой энергии, но и за счет аккумулирования энергии -производство водорода. В развитых странах мира приняты широкие программы исследований в области водородной энергетики. Общая стоимость этих программ составляет 100 млрд. долларов. Планируется внедрение водородной энергетики и технологии в ряд отраслей промышленности, и в первую очередь в промышленную теплоэнергетику. На первых этапах предполагается применения водорода в качестве дополнительного энергоносителя. Водород является вторичным продуктом на многих предприятиях химической промышленности (производство хлора) и получаемого из коксовых газов металлургических производств. Перспектива применения водорода тесно связана с производством метана из углей. Это производство позволит сократить не только транспортные расходы, но и существенно увеличить надежность теплоэнергетического оборудования.

Цель диссертационного исследования состоит в теоретическом обобщении и разработки метода системного анализа когенераторных теплоэнергетических установок на основных принципах массо- и энергообмена по повышению энергетической и экологической эффективности на основе применения газотурбинных технологий и использования энергоакку-мулирующих веществ (ЭАВ) для непосредственного получения водорода, как дополнительного энергоносителя при организации двухступенчатой системы выделения тепла.

Основными задачами исследования являются:

5. Исследование и разработка методов аккумулирования энергии ТЭС и АЭС в период их разгрузки путем применения энергоаккумулирую-щих веществ в качестве дополнительного энергоносителя для покрытия пиковых мощностей и повышения энергетических и экологических показателей.

На защиту выносятся следующие новые научные результаты:

• результаты исследования влияния добавок водорода на энергетические и экологические показатели теплоэнергетической установки;

• метод аккумулирования ядерной энергии и угля посредством применения газотурбинных технологий и использования энергоаккмули-рующих веществ.

Апробация работы. Основные результаты работы и положения докладывались на:

• Ш-ей научно-технической конференции "Применение криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах" (Москва, ВВИА им. Н.Е. Жуковского), в 1996;

• Семинар «Системный анализ в технике» (Москва, МАИ), в 2001 г.

• Н-ом Международном совещании по использованию энергоаккуму-лируюших веществ в экологии, машиностроении, энергетике, транспорте и в космосе (Москва, ИМАШ РАН), в 2000 г.

• VI-ой научно - технической конференции по применению криогенных топлив в перспективных летательных аппаратах (Москва, ВАТУ им. Н.Е. Жуковского), в 2002 г.

Достоверность полученных результатов базируется на фундаментальных положениях термо- и газодинамики, теории газотурбинных установок, теории тепломассообмена и подтверждается использованием современных методов математического моделирования и на совпадении расчетных данных с экспериментальными результатами.

Заключение диссертация на тему "Системный анализ когенераторных энергетических систем на основе применения газотурбинных технологий и использования энергоаккумулирующих веществ"

Вывод:

Энергетика, экология и экономика - три источника и три составные части устойчивого развития общества. Энергетика определяет рост экономики, а экология является заложницей энергетики. Во-первых, рост потребления энергии в промышленности служит наиболее объективным индикатором действительного состояния экономики. Во-вторых, выработка энергии связана с использованием первичных энергоресурсов природного происхождения и определяется состоянием производственных мощностей, проектный ресурс которых в большой части выработан, а добыча на многих действующих месторождениях падает. В-третьих, экологические проблемы становятся определяющими в техногенной деятельности человека, которая может вызвать непредсказуемую реакцию природы связанную с изменением климата.

Из выводов члена-корреспондента РАН Ю.В. Полежаева на 3-ем Московском форуме "Высокие технологии оборонного комплекса", который происходил в Москве с 22 по 26 апреля 2002 года, следует. Дефицит электрической мощности в России составит к 2010 году от 35 до 100 ГВт, что достигает 50 % от существующего энергетического потенциала.

Необходимо отметить,-что на смену века паровых турбин пришла эпоха турбин газовых. Сегодня по эффективности они приблизительно равны, но ресурс работы газовых турбин все еще отстает. Утилизация теплоты выхлопных газов позволяет создать комбинацию из газовой и паровой турбины, с коэффициентом полезного действия 60% и выше. Если же пар, произведенный в котле-утилизаторе, возвратить обратно в камеру сгорания газовой турбины, то можно вообще отказаться от паровой турбины при удвоении мощности и эффективности газовой турбины. Этот вариант предпочтителен с точки зрения капитальных затрат и металлоёмкости энергоустановки. Попутно решается и проблема нейтрализации вредных выбросов (окислов азота NOx).

Но подобная трансформация газовых турбин никем в России не освоена, даже в "оборонке". Возникает опасность затянуть этап НИРовских и ОКРовских работ, а, следовательно, увеличить сроки возврата капитала. Покупка "западных" технологий, бурно развивающихся в США и Европе, может нанести ущерб для науки и производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты и выводы:

Разработан метод системного анализа теплоэнергетических установок, позволяющий проводить широкий комплекс проектно-исследовательских работ в области создания перспективных когене-раторных энергетических систем

Выполнено построение модели знаний экспертной системы технических решений, основанной на основных принципах массо- и энергообмена между котлом утилизатором и генератором энергии, а именно: преобразования энергии в генераторном цикле, передачи энергии генераторного цикла основному, присоединения массы генераторного цикла, использования основных свойств топлива и утилизации энергии уходящих газов.

На основании результатов проведенных исследований и обобщения энергетических и экологических характеристик теплоэнергетических установок газотурбинного типа установлено, что их экологическое совершенство определяется отношением (Н/С>1,8) и связано с повышением водородосодержания топлива.

Разработан метод расчета энергетических характеристик углеводородного топлива при добавках водорода.

Разработан метод расчета влияния впрыска водяного пара при вторичном подводе тепла перед силовой турбиной на энергетические и экономические характеристики когенераторной ТЭУ газотурбинного типа.

Обоснованы рациональные методы применения водорода как дополнительного энергоносителя в теплоэнергетических установках газотурбинного типа.

10. Предложен новый подход аккумулирования ядерной энергии и угля посредством применения газотурбинных технологий и использования энергоаккмулирующих веществ.

Библиография Козляков, Вячеслав Васильевич, диссертация по теме Промышленная теплоэнергетика

1. Аминов Р.З., Ковальчук А.Б., Доронин М.С., Щеглов А.Г., Борисенков А.Э., Забуга А.А., Шауфлер Л.Г. О конверсии мощных газотурбинных двигателей для стационарной энергетики // Теплоэнергетика, 1996, № 3. С.59 - 62.

2. Андрющенко А.И. Системная эффективность бинарных ПГУ-ТЭЦ // Теплоэнергетика, 2000, № 12. С. 12 — 15.

3. Бакулев В.И., Воронцов А.А., Козляков В.В., Кравченко И.В. Двигатели нетрадиционных схем. В сб. Расчетное и экспериментальное исследование ВРД. М.: МАИ, 1989. - С. 10 - 14.

4. Бакулев В.И., Козляков В.В. Комбинированный газотурбинный двигатель. Заявка N 4.045.442 от 31.03.86. МКИ F 02 К 3/06. Авт. свид. N 1.401.971 от 08.02.88.

5. Бакулев В.И., Козляков В.В. Способ получения пиковой мощности на парогазовой установке и парогазовая установка для осуществления способа. Заявка № 5.048.457 от 22.01.91. МКИ F 01 К 21/04. Патент РФ № 2.076.929 от 10.04.97. Бюл. 10.

6. Бакулев В.И., Козляков В.В., Кравченко И.В. Математическое моделирование теплообменника в системе комбинированного двигателя. В сб. Газодинамика элементов ВРД. М.: МАИ, 1989. - С.86 - 91.

7. Бакулев В.И., Кравченко И.В., Козляков В.В., Шарафиев B.JI. Комбинированные ВРД сверхзвуковых скоростей полета. В сб. Расчетное и экспериментальное исследование ВРД. — М.: МАИ, 1987. С.4 — 9.

8. Безлепкин В.П. Парогазовые и паротурбинные установки электростанций. СПб.: СпбГТУ, 1997. - 295 с.

9. Белевицкий A.M. Энергия плюс экология: как решить две проблемы в комплексе // Промышленная энергетика, 2001, № 3. С. 50 - 52.

10. Беляев J1.C., Марченко О.В., Подковальников С.В. Рост цены электроэнергии, необходимый для развития электроэнергетики при переходе к конкретному рынку // Изв. РАН. Энергетика, 2002, № 5. С. 49 - 61.

11. Беризенец П.А., Ольховский Г.Г. Техническое перевооружение газомазутных ТЭС с использованием газотурбинных и парогазовых технологий // Теплоэнергетика, 2001, № 6. С.11 - 20.

12. Бродянский В.М. и др. Эксергетические расчеты технических систем.- Киев: Наукова думка, 1991.-359 с.

13. Бродянский В.М. и др. Эксергетический метод и его приложения. — М.: Энергоатомиздат, 1988. 288 с.

14. Бродянский В.М. Классическая термодинамика на рубеже XXI века: Состояние и перспективы развития // Изв. РАН. Энергетика, 2001, № 5. С. 17-43.

15. Бродянский В.М., Сорин М.В. Методика однозначного определения эксергетического КПД технических систем преобразования энергии и вещества // Изв. ВУЗов. Энергетика, 1985, №3.-С. 78-88.

16. Бродянский В.М., Сорин М.В. Принципы определения КПД технических систем преобразования энергии и вещества // Изв. ВУЗов. Энергетика, 1985, № 1. -С. 60-65.

17. Варварский B.C., Длугосельский В.И., Грибов В.Б., Барочин Б.Л. Использование ГТУ в системах центрального теплоснабжения // Теплоэнергетика, 1989, № 6. С.63 - 67.

18. Васильев А.В., Антропов Г.В., Акимов Ю.И. Перевод паровых котлов типа ДКВР в водогрейный режим работы // Промышленная энергетика, 2002, № 12.-С. 16-19.

19. Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. Киев: Наукова Думка, 1980. - 233 с.

20. Волков Э.П., Баринов В.А. Управление развитием и функционированием электроэнергетики в условия формирования рыночных отношений // Изв. РАН. Энергетика, 2002, № 5. С. 37 - 48.

21. Воронин В.П., Романов А.А., Цигарели Ю.А., Барочин Б.Л., Вол М.А. Некоторые направления технического перевооружения теплоцентралей // Теплоэнергетика, 2002, № 12. С. 2 - 11.

22. Вульман Ф.А., Корягин А.В., Кривошей М.З. Математическое моделирование тепловых схем паротурбинных установок на ЭВМ. — М.: Машиностроение, 1985. 112 с.

23. Вульман Ф.А., Хорьков Н.С. Тепловые расчеты на ЭВМ теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1975. - 198 с.

24. Гаврии С.А., Диденко В.И., Любчик Г.Н., Христич В.А. О токсичности выхлопа газотурбинных двигателей // Энергомашиностроение, 1977,№ 12.-С. 21 -23.

25. Гаврилов А.Ф. Выбросы бенз(а)пирена котлами и методы их снижения // Известия академии промышленной экологии, 2000, № 4. С. 39 -40.

26. Газодинамический расчет прямоточных ВРД и их характеристики / С.И. Барановский, Ю.В. Зикеева, В.В. Козляков, А.А. Степчков, А.Г. Тихонов // Учебное пособие. М.: МАИ, 1988. - 54с.

27. Гайнуллин Ф.Г., Гриценко А.И., Васильев Ю.Н., Золотаревский Л.С. Природный газ моторное топливо на транспорте. М.: Недра, 1986. -255 с.

28. Гольцов В.А., Гольцова Л.Ф., Алимова Р.Ф., Гаркушева В.А. Научно-информационная структура проблемы «водородная энергетика и технология» // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Атомно-водородная энергетика и технология. Вып. 3 (13), 1982. С. 18-19.

29. Гохштейн Д.П. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок. — М.: Энергия, 1969. 368 с.

30. Гохштейн Д.П. Энтропийный метод расчета энергетических потерь. -М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. 111 с.

31. Гохштейн Д.П., Верхивкер Г.П. Применение метода вычитания к анализу работы энергоустановок. Киев: Вищ. шк., 1985. - 81 с.

32. Гриценко Е.А. Концепция проектирования перспективных авиационных и промышленных силовых установок // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1998. № 1. С. 6 19.

33. Гриценко Е.А. Обеспечение ресурсов авиадвигателей наземного применения // Теплоэнергетика, 1999, № 1. — С.22 26.

34. Гриценко Е.А., Горелов Г.М., Данильченко В.П. Газотурбинная установка, созданная на основе авиационного двигателя, в составе парогазовой схемы с дожиганием // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1995. № 4. С. 66 70.

35. Гуревич Н.А., Волков Э.П., Алышевский В.Н., Мамрукова Л.А. Результаты наземных измерений трансформации окислов азота в зоне действия тепловых электростанций // Теплоэнергетика, 1984, № 1. — С.40-41.

36. Гурьянов М.А. Классификация летательных аппаратов по виду движителей. Определение вида и числа несущих решений // Изв. ВУЗов. Авиационные двигатели, 1992, № 2. С. 32 - 39.

37. Гутник М.Н., Малахов С.В., Ольховский Г.Г., Осыка А.С., Салимон А.В., Хомиченко В.Н., Орлов В.Е., Тажиев Э.И. Быков С.А. Результаты испытаний газотурбинной установки GT-35 на ГТУ-ТЭЦ // Теплоэнергетика, 2001 ,№ 5. С.31 - 39.

38. Двигатели ракетные жидкостные. Термодинамический расчет параметров продуктов сгорания. ОСТ92-5003-87.

39. Дворянкин A.M., Половинкин А.И., Соболев А.Н. Методы синтеза технических решений. М.: Наука, 1977. - 103с.

40. Доброхотов В.И. Роль возобновляемых источников энергии в энергетической стратегии России // Теплоэнергетика, 2001, № 2. С.2 - 3.

41. Долинин И., Иванов А. Сравнение паросилового блока с Е-265 и энергоблока с двумя ПГУ-170Т // Газотурбинные технологии, 2001, май-июнь. С. 8 - 12.

42. Другосельский В.И., Земцов А.С. Эффективность использования в теплофикации газотурбинных и парогазовых технологий // Теплоэнергетика, 2000, № 12. С. 3 - 6.

43. Дугосельский В.И. Надстройка водогрейных котельных газотурбинными установками // Теплоэнергетика, 1999, № 1. — С.47 — 50.

44. Дьяков А.Ф. Топливная стратегия и основные тенденции развития энергетического сектора России в условиях рыночной экономики // Изв. РАН. Энергетика, 2001, № 6. С. 3 - 15.

45. Дэвинс Д. Энергия. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 360с.

46. Елисеев Ю.С., Беляев В.Я., Маркелов А.П., Сенкевич М.В. Парогазовая установка контактного типа МЭС-60 // Наукоемкие технологии,2002,№2.-С. 60-70.

47. Зависимость эмиссии NOx от конструктивных и режимных параметров камеры сгорания газотурбинного двигателя // Теплоэнергетика, 1999, № 12.-С.53-56.

48. Исаев В.В. Сокращение выбросов оксидов азота в промышленной энергетике. М.: ЦНИИТЭИлегпром. 1992. - 98 с.

49. Каганов В.И. Ветроэлектроэнергетика, как составная часть мировой энергетики // Наукоемкие технологии, 2002, № 2. С. 31 — 37.

50. Канило П.М. Токсичность ГТД и перспективы применения водорода. Киев: Наукова думка, 1982. - 140 с.

51. Канило П.М., Подгорный А.Н., Христич В.А. Энергетические и экологические характеристики ГТД при использовании углеводородных топлив и водорода. Киев: Наукова думка, 1987. — 224 с.

52. Каплан М.П. Тепловая эффективность энергетических теплофикационных ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией // Теплоэнергетика, 2002, № 8. С.51 - 58.

53. Клименко В.Н., Мазур А.И., Клименко Ю.Г. Реконструкция КС с малоэффективными ГТУ-приводами в экономичные компрессорно-электрические станции // Промышленная энергетика, 2002, № 3. С. 6 -13.

54. Ковылов ЮЛ., Крашенников С.В., Лукачев С.В., Цыганов A.M. Обобщенная характеристика камеры сгорания газотурбинного двигателя // Теплоэнергетика, 1999, № 1. С. 32 - 37.

55. Козляков В.В. Метод анализа иерархий в оценке эффективных показателей тепловых двигателей прямой реакции. В сб. Системный анализ в технике. Вып. № 7. М.:Вузовская книга, 2001. - С.40 — 53.

56. Козляков В.В., Кравченко В.Ю. Экспертная система технических решений по комбинированным реактивным двигателям на базе СУБД FoxPro -2. Сборник научных трудов, посвященный 50-летию кафедры 201. М., МАИ, 1995. - С. 54 - 58.

57. Козляков В.В., Скворцов И.Ю. Особенности моделирования двигателей комбинированных схем на водородном топливе. В сб. Расчетное и экспериментальное исследование ВРД. М.: МАИ, 1987. - С. 10 - 15.

58. Коробицын М. Повышение эксплуатационных характеристик энергетических установок // Газотурбинные технологии, 2001, май-июнь. — С.2-7.

59. Коротеев С.А., Нестеров В.М. Актуальные проблемы космической энергетики // Изв. РАН. Энергетика, 2002, № 5. С. 3 - 22.

60. Крутиев В.А., Горбаненко А.Д. Изучение влияния азотосодержащих присадок к топливу на образование окислов азота // Теплоэнергетика, 1977, № 1. -С.72 -75.

61. Кузмичев B.C., Маслов В.Г., Морозов М.А., Новиков О.В. Экспертная оценка научно-технического уровня проекта авиационного ГТД// Изв. ВУЗов. Авиационные двигатели, 1992, № 2. С. 50 - 55.

62. Леонтьев А.И., Федоров В.А., Мильман О.О., Волков С.Е. Проблемы исследований и создания энергетических установок замкнутого циклас минимальными массогабаритными характеристиками // Теплоэнергетика, 2001, № 8. С.55 - 59.

63. Малахов С.В., Ольховский Г.Г. Диаграмма режимов газотурбинной установки с газоводяным теплообменником // Теплоэнергетика, 2002, № 4. С.61 - 65.

64. Малиновский К.А. Эксергетический анализ цикла ТРД // Изв. ВУЗов. Авиационная техника, 1984, № 1. С. 32 - 37.

65. Масленников В.М. Проблемы Российской энергетики // Наукоемкие технологии, 2002, № 2. С. 17 - 30.

66. Масленников В.М., Батенин В.М., Штеренберг В.Я., Выскубенко Ю.А., Цалко Э.А. Модернизация существующих паротурбинных установок путем газотурбинных надстроек с частичным окислением // Теплоэнергетика, 2000, № 3. С.30 - 39.

67. Масленников В.М., Христианович С.А., Штеренберг В.Я. Парогазовые установки для генерации энергии с предотвращением вредных выбросов. Препринт ИВТАН № 9-006, М.: ИВТАН, 1976. - 63с.

68. Методы расчета основных энергетических показателей паротурбинных, газотурбинных и парогазовых теплофикационных установок / Е.Я. Соколов, В.А. Мартынов; Под ред. В.М. Качалова. М.: МЭИ, 1996.- 102 с.

69. Михайловский Г.А. Термодинамические расчеты процессов парогазовых смесей. M.-JL: Машгиз, 1962. - 184 с.

70. Наукоемкие технологии в технике: Энциклопедия Т. 21/ Под ред. К.С. Касаева. М.: ЗАО НИИ «ЭНЦИТЕХ», 2002. - 554 с.

71. Нечаев Ю.Н. Законы управления и характеристики авиационных силовых установок. М.: Машиностроение, 1995. - 396с.

72. Новиков Н. Альтернативные виды топлива в энергетических установках // Газотурбинные технологии, 2001, май-июнь. С. 24 - 25.

73. Одрин В.М. Метод морфологического анализа технических систем. Курс лекций. М.: ВНИИПИ, 1989. - 312 с.

74. Ольховский Г.Г. Газотурбинные и парогазовые установки в России // Теплоэнергетика, 1999, № 1.-С.1 —9.

75. Ольховский Г.Г. Газотурбинные и парогазовые установки за рубежом // Теплоэнергетика, 1999, № 1. С. 71 - 80.

76. Ольховский Г.Г., Поволоцкий Л.Б., Каплан М.П., Бурмарсков А.О., Белов А.И., Черномордик Л.И., Корж П.И. Тепловые испытания газотурбинной установки ГТ-35 в составе ПГУ с высоконапорным парогенератором // Теплоэнергетика, 1992, № 3. С.51 - 55.

77. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов / В.В. Померанцев, К.М. Арефьев, Д.Б. Ахметов и др.; Под ред. В.В. Померанцева. 2-е изд. Л.: Энергоатомиздат. Ленигр. отд-ние, 1986.312с.

78. Особов В., Особов И. К выбору принципиальных схем оптимальных для теплофикации // Газотурбинные технологии, 2000, сентябрь-октябрь. С. 20 - 23.

79. Падеров А.Н., Янушко А.П., Стрельцов С.В. Внедрение энергетической установки ЭУ 1500/3000 в промышленную эксплуатацию // Промышленная энергетика, 2002, № 12. С. 10-15.

80. Парогазовые установки с внутрицикловой газификацией топлива и экономические проблемы / под ред. С.А. Христиановича. М.: Наука, 1983.-264с.

81. Пирум В.Р. Безотходная ТЭС с использованием бытового мусора в качестве топлива // Промышленная энергетика, 2001, № 3. С. 60 — 63.

82. Плетнев Г.П., Парчевский В.М., Колпаков М.Д. Управление выбросами окислов азота в газомазутных паровых котлов с воздействием на рециркуляцию дымовых газов // Теплоэнергетика, 1984, № 1. — С.57 — 59.

83. Повышение экологической безопасности тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / А.И. Абрамов, Д.П. Елизаров, А.Н. Ремезов и др.; Под ред. А.С. Седлова. М.: МЭИ, 2001. - 378 с.

84. Подгорный А.Н., Варшавский И.Л. Водород топливо будущего. -Киев: Наукова думка, 1978.- 134 с.

85. Проценко А.Н. и др. Оценка экономической эффективности внедрения новых энерготехнологий по показателю снижения ущерба от вредных выбросов. Техн. отчет № 0-05-06. ИАЭ им. И.В. Курчатова, 1986.-32с.

86. Прусова Н.А. Исследование образования оксидов азота при сжигании КАУ в энергетических котлах // Теплоэнергетика, 1992, № 1. — С.36 -39.

87. Саати Т. Принятие решений. Методы анализа иерархий. Пер. Р.Г. Вачнадзе. М.: Радио и Связь, 1993. -315с.

88. Саламов А.А. Развитие ТЭЦ в европейских странах // Теплоэнергетика, 2001 ,№ 7. С.75 - 77.

89. Салихов А.А., Фиткуллин Р.М„ Гребенюк Г.П., Габбасов В.Г. Экологические показатели газотурбинной энергетической установки ГТЭ-10/95 на базе конвертируемого авиационного двигателя // Теплоэнергетика, 1999, № 1.-С.61-63.

90. Сборник задач по технической термодинамике: Учебное пособие /Т.Н. Андрианова, Б.В. Дзампов, В.Н., Зубарев, А.С. Ремизов, Н.Я. Филатов. 4-е изд. М.: МЭИ, 2000. - 356 с.

91. Семенова И.В., Хорошилов А.В., Никитин В.В. Экологическая характеристика газовых выбросов ТЭС, работающих на подмосковном угле // Известия академии промышленной экологии, 2000, № 4. С. 35 -38.

92. Системные исследования проблем энергетики / JI.C. Беляев, Б.Г. Са-неев, С.П. Филиппов и др.; Под ред. Н.И. Воропая. Новосибирск: Наука. Сибирская изд. Фирма РАН, 2000. - 558 с.

93. Смирнов И.А., Хрилев Л.С. Определение эффективности ввода газотурбинных агрегатов на площадках действующих котельных // Теплоэнергетика, 2000, № 12.-С. 16-21.

94. Соколов Е.Я., Мартынов В.А. Эксергетический метод расчета показателей тепловой экономичности ТЭЦ // Теплоэнергетика, 1985, № 1. — С. 49-52.

95. Стационарные газотурбинные установки /JI.B. Арсеньев, В.Г. Тырыш-кин, И.А. Богов и др. Под ред. JI.B. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. -JI.: Машиностроение, 1989. 543 с.

96. Таубман Е.И. Анализ и синтез теплотехнических систем. М.: Энер-гоатомиздат, 1983. - 177 с.

97. Таубман Е.И., Пастушенко Б.Л. Процессы и установки мгновенного вскипания. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 184 с.

98. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов / Ю.С. Елисеев, Э.А. Манушин, В.Е. Михаль-цев и др. 2-е изд., перераб и доп. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-640 с.

99. Теория и расчет воздушно-реактивных двигателей / Под ред. С.М. Шляхтенко. Учебник для вузов. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1987. -568 с.

100. Теплоэнергетические установки и системы энергоснабжения в текстильной промышленности: Учебное пособие для вузов / Н.И. Взоров,

101. A.И. Анциферова, В.Е. Дымков и др. М.: Легпробытиздат, 1991. -512с.

102. Техническая термодинамика: Учебник для вузов / В.А. Кириллин,

103. B.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. -4-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1983. -416с.

104. Трухний А.Д. Исследование работы ПГУ утилизационного типа при частичных нагрузках // Теплоэнергетика, 1999. № 1. С. 27 31.

105. Тунаков А.П. Методы оптимизации при доводке и проектировании газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1979. - 184с.

106. Фишбейн Б.Д. О построении классификации двигателей летательных аппаратов // Изв. ВУЗов. Авиационные двигатели, 1992, № 2. — С. 70 — 74.

107. Фотиева О.В., Волков В.Н. Методы снижения вредных выбросов котлов большой и малой мощности // Известия академии промышленной экологии, 2000, № 4. С. 41 - 45.

108. Цирульников JI.M., Конюхов В.Г., Димант И.Н., Владимиров Э.Н. О содержании канцерогенных веществ в уходящих газах при сжигании газа и мазута // Теплоэнергетика, 1976, № 9. С.32 - 35.

109. Читашвили Г.П. К методике расчета показателей эффективности газотурбинных ТЭЦ//Теплоэнергетика, 2001, № 8. -С.60 -64.

110. Чуян Р.К. Методы математического моделирования двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1988. - 288 с.

111. Шпильрайн Э.Э. Введение в водородную энергетику. М.: Энерго-атомиздат, 1984. - 264 с.

112. Шпиральрайн Э.Э., Старикович М.А. Энергетика: Проблемы и перспективы. М., 1981. - 306 с.

113. Эльснер Н., Фратчер В. Составление эксергетического баланса газотурбинной установки // В сб. Вопросы термодинамического анализа. -М.: Мир, 1965.-С.122- 138.

Похожие работы

Энергетика
05.14.00