Научно-методологический подход к созданию энергосберегающих технологий на основе установки турбин малой мощности на низкокипящих рабочих телах

Abstract

Проведен анализ тенденции изменения использования топливно-энергетических ресурсов для выработки электроэнергии. Показано, что все большее внимание уделяется выработке электрической энергии на основе утилизации вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Для упрощения решения задачи энергосбережения на этапе создания новых энергетических установок и при совершенствовании существующих объектов, имеющих в своем составе ВЭР достаточного потенциала, построена и предложена иерархическая структура комплексного методологического подхода. Методологический подход позволяет оценить целесообразность решения задачи энергосбережения на основе реализации паротурбинных циклов на низкокипящих рабочих телах. Структура подхода представляет собой определенную совокупность и последовательность действий, начиная с анализа источника теплоты и заканчивая расчетом и подбором теплообменного и турбинного оборудования. При этом задача поиска рационального решения решается на каждом этапе формирования тепловой схемы. Согласно представленному методологическому подходу выбирается рабочее тело, формируется тепловая схема, рассчитываются теплообменники и турбина. Предложено выбирать теплообменное оборудование из существующего в нефтехимической отрасли, что позволяет снизить затраты при реализации проекта. Более сложным элементом тепловой схемы является турбина, которая в большинстве случаев требует индивидуального подхода. Это приводит к необходимости проектирования новой проточной части для каждого отдельного случая. Показана важность определения оптимальных соотношений расхода и степени расширения рабочего тела в проточной части турбины с учетом особенностей проектирования и изготовления лопаточных аппаратов. В качестве примера представлены расчетные исследования когенерационной энергетической установки, для которой получены характеристики тепловой схемы, предложены рациональные варианты теплообменного оборудования, а также подобрана оптимальная степень расширения в турбине для получения максимальной эффективности энергетической установки и технически реализуемой проточной части турбины.The analysis of the trend of changes in the use of fuel and energy resources for generating electricity was conducted. It was shown that increasing attention is being paid to the generation of electrical energy through the utilization of secondary energy resources (SER). For the simplify the solution of the problem of energy saving at the stage of creating new energy plants and while improving existing facilities, which have in their composition SER of sufficient potential, a hierarchical structure of an integrated methodological approach was built and proposed. The methodological approach allows us to evaluate the feasibility of solving the problem of energy saving based on the implementation of steam turbine cycles on low-boiling fluids. The structure of the approach is a certain set and sequence of actions, starting from the analysis of the heat source and ending with the calculation and selection of heat-exchange and turbine equipment. In this case, the task of finding a rational solution is solved at each stage of the formation of the thermal scheme. According to the presented methodological approach, a working fluid is selected, a thermal circuit is formed, heat exchangers and a turbine are calculated. It is proposed to choose heat exchange equipment from existing in the petrochemical industry, which allows reducing costs during the implementation of the project. A more complex element of the thermal scheme is a turbine, which in most cases requires an individual approach. This leads to the need to design a new flow part for each individual case. The importance of determining the optimal consumption ratios and the degree of working fluid expansion in the flow part of the turbine taking into account the design and manufacturing features of turbine blades is shown. As an example, computational studies of a cogeneration power plant are presented, for which the characteristics of the thermal scheme is obtained, rational options for heat exchange equipment are proposed, and the optimum degree of expansion in the turbine is selected to obtain the maximum efficiency of the energy plant and the technically feasible turbine flow part.