Визначення оптимальної потужності абсорбційного теплового насосу при інтеграції до теплової схеми ПТ-60/70-130/13

Abstract

Вирішується задача визначення оптимальної теплової потужності абсорбційного теплового насоса з паровим нагріванням при одноступеневій регенерації (СОР = 1,71). Розглядуваний тепловий насос інтегрований в теплову схему парової турбіни ПТ-60/70-130/13. Графік теплопостачання для даного паротурбінного циклу становить 150/70 °С. Також установкою виробляється пар на технологічні потреби. Визначення теплових та витратних характеристик абсорбційного теплового насоса здійснюється з використанням побудованої та запропонованої апроксимаційної математичної моделі. На підставі проведеного аналізу та наявного досвіду сформульовано оптимізаційну задачу. Функцією мети є вибір оптимальної потужності інтегрованого абсорбційного теплового насоса за умови оптимальної витрати енергетичного палива. Пошук оптимальної теплової потужності абсорбційного теплового насоса здійснювався за умови відпуску пари через регульований виробничий відбір турбіни з параметрами 1,296 МПа, 280 °С. Були розглянуті варіанти для змінної витрати пари на технологічні потреби (0, 20, 50 та 80 т/год). Умовою була постійність витрати протягом року. Отримані результати показали, що щодо всіх розглянутих режимів завантаження турбіни, оптимальне значення потужності абсорбційного теплового насоса є ідентичним і становить ~ 17,25 МВт. Розрахункові дослідження показали, що за вартості електроенергії 0,13 дол./(кВт·ч) та умовного палива 309 дол./т енергоблок з турбіною ПТ-60/70-130/13 та інтегрований абсорбційний тепловий насос (тепловою потужністю 15–18 МВт) при виробничому навантаженні понад 20 т/год пари, а також витраті оборотної мережної води на теплопостачання понад 1550 т/год дозволить отримати окупність проекту енергозбереження менше 3 років. Наступним позитивним ефектом є те, що економія палива дозволяє знизити викиди СО₂ на 9321 т і NOₓ на 48 т. За результатами досліджень спостерігаємо позитивний екологічний ефект від інтеграції абсорбційного теплового насоса в існуючу теплову схему.

The problem of determining the optimal thermal power of an absorption heat pump with steam heating at one-stage regeneration (COP = 1.71) is solved. The heat pump is integrated into the thermal scheme of PT-60/70-130/13 steam turbine. The heat supply schedule for this steam turbine cycle is 150/70 °С. The installation also produces steam for technological needs. The thermal and flow rate characteristics of an absorption heat pump are determined using the constructed and proposed approximation mathematical model. Based on the analysis and existing experience, an optimization problem was formulated. The goal function is to select the integrated absorption heat optimal power pump with the condition of optimal energy fuel consumption. The search for the optimal thermal power of an absorption heat pump was carried out under the condition of steam release through acontrolled production turbine extraction with parameters of 1.296 MPa, 280 °C. Options for variable steam consumption for process needs (0, 20, 50 and 80 t/h) were considered. The condition was constancy of consumption throughout the year. The results obtained showed that, relative to all considered turbine loading modes, the optimal power value of the absorption heat pump is identical and amounts to ~ 17.25 MW. Calculation studies have shown that at a cost of electricity of 0.13 USD/(kWh) and equivalent fuel of 309 USD/t, a power unit with PT-60/70-130/13 turbine and an integrated absorption heat pump (thermal power 15–18 MW) with a production load of more than 20 t/h of steam, as well as a consumption of recycled network water for heat supply of more than ~ 1550 t/h, the payback of the energy saving project will be achieved in less than 3 years. The next positive effect is that fuel savings can reduce CO₂ emissions by 9321 tons and NOₓ by 48 tons. According to research results, we observe a positive environmental effect from the integration of an absorption heat pump into the existing thermal scheme.