Исследование влияния схемных решений на электрическую мощность турбоустановки модернизированного цикла Ренкина

Авторы

  • Денис Владимирович Добрыднев Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
  • Владимир Владимирович Папин Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
  • Роман Владимирович Безуглов Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
  • Никита Александрович Ведмичев Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

DOI:

https://doi.org/10.17213/0136-3360-2024-2-108-123

Ключевые слова:

тепловые электрические станции, паровые турбины, абсорбция, утилизация теплоты, малая энергетика, энергосбережение

Аннотация

Приведены схемные решения модернизированного цикла Ренкина, где конденсация отработавшего после турбины пара заменена на процесс его абсорбции, по аналогии с абсорбционным трансформатором теплоты, в котором происходят похожие процессы. В качестве рабочего тела рассмотрен водоаммиачный раствор. Разработана методика термодинамического анализа, на основании которой проведен расчет схемных решений и определены основные показатели цикла. Результаты исследований показали, что регенерация теплоты (как растворов, так и рабочего тела) является наиболее оптимальным решением с точки зрения повышения энергетической эффективности и поэтому должна применяться во всех случаях реализации цикла. В то же время схемное решение с дефлегмацией пара в первую очередь может рассматриваться как способ снижения конечной влажности пара. Выяснено, что схема с дефлегмацией пара характеризуется определенным снижением термического КПД, даже по сравнению с основной схемой, что обусловлено увеличением количества подводимой в цикл теплоты. Сделан вывод, что влияние дефлегмации пара на характеристики цикла абсорбционного трансформатора теплоты и модернизированного цикла Ренкина различно, что необходимо учитывать в дальнейших исследованиях. По результатам исследований предполагается разработка комбинированных схем модернизированного цикла Ренкина и проведение их параметрического анализа в различных граничных условиях с целью определения наиболее оптимальных решений в тех или иных условиях применения, а также сравнение с конкурирующими технологиями.

Биографии авторов

Денис Владимирович Добрыднев, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

аспирант кафедры «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

Владимир Владимирович Папин, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

канд. техн. наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

Роман Владимирович Безуглов, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

канд. техн. наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

Никита Александрович Ведмичев , Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

аспирант кафедры «Тепловые электрические станции и теплотехника», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

Библиографические ссылки

Энергетическая стратегия Российской Федерации до 2035 года. Министерство энергетики РФ / [Электронный ресурс] / URL: https://minenergo.gov.ru/node/1026 (дата обращения: 30.01.2024 г.).

Ramkumar Alajingi, Marimuthu R, Novel classification of energy sources, with implications for carbon emissions, Energy Strat-egy Reviews, Volume 49, 2023, 101146, ISSN 2211-467X.

Карабарин Д. И., Михайленко С. А. Особенности проектирования установок органического цикла Ренкина // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2019. №6. С. 733-745.

Джаватов Д.К., Азизов А.А. Повышение энергетической эффективности бинарной ГеоЭС // Известия ТПУ. 2021. №9. С. 178-186.

Fabio Fatigati, Diego Vittorini, Marco Di Bartolomeo, Roberto Cipollone, Experimental characterization of a small-scale solar Organic Rankine Cycle (ORC) based unit for domestic microcogeneration, Energy Conversion and Management, Volume 258, 2022, 115493, ISSN 0196-8904, https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115493.

Галашов Н.Н., Цибульский С.А. Параметрический анализ схемы парогазовой установки с комбинацией трех циклов для повышения КПД при работе в северных газодобывающих районах // Известия ТПУ. 2019. №5. С. 44-55.

Кузьмин А.М., Буслаев Г.В., Моренов В.А. Повышение энергоэффективности малотоннажного производства метанола путем применения микротурбодетандерных установок // Записки Горного института. 2022. №2. С. 1038-1049.

Maloney JD, Robertson RC. Thermodynamic study of ammonia-water heat power cycles. Oak Ridge National Laboratory Re-port CF-53-8-43; 1953.

Kalina AI. Combined cycle and waste heat recovery power systems based on a novel thermodynamic energy cycle utilizing low-temperature heat. American Society of Mechanical Engineers, Paper 83-JPGC-GT-3; 1983.

Zhang X, He M, Zhang Y. A review of research on Kalina cycle. RenewSustainEnergyRev 2012;16:5309–18.

Исследование модернизированного паросилового цикла с бромистолитиевым раствором в качестве рабочего тела / Д. В. Добрыднев, В. В. Папин, Р. В. Безуглов и др. // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (ХХII Бенар-досовские чтения) : мат. Междунар. научно-техн. конф., посвященной 75-летию теплоэнергетического фак., Иваново, 31 мая – 02 июня 2023 года. Т. 2. Иваново: Ивановский гос. энергет. ун-т, 2023. С. 425-431.

Модернизированный паросиловой цикл, работающий по абсорбционному принципу / В.В. Папин, Н.Н. Ефимов, Д.В. Добрыднев, Е.М. Дьяконов, Р.В. Безуглов // Промышленная энергетика. 2022. № 1. С. 18-27.

Анализ способов повышения эффективности абсорбционного и модернизированного паросилового циклов / В.В. Па-пин, Р.В. Безуглов, Д.В. Добрыднев, Е.М. Дьяконов, А.С. Шмаков // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2023. Т. 23. № 2. С. 83–93. DOI: 10.14529/power230208.

Абсорбционные преобразователи теплоты : монография / А. В. Бараненко и др. СПб.: С-Пб.гос.ун-т низкотемператур. технологий, 2005. 337 с.

Теплофизические свойства аммиака. Голубев И.Ф., Кияшова В.П., Перельштейн И.И. М.: Изд-во стандартов, 1978. 264 с.

Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ. / С.Н. Богданов, С.И. Бурцев, О.П. Иванов, А.В. Куприянова; под ред. С.Н. Богданова. СПб.: СПбГАХПТ, 1999. 320 с.

REFPROP. National Institute of Standards and Technology / URL: https://www.nist.gov/srd/refprop (дата обращения: 26.01.2024 г.).

Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы: учеб. пособие для спец. «Техника и физика низких температур». Астрахань: Изд-во АГТУ, 1997. 226 с.

Паровые и газовые турбины для электростанций: учеб. для вузов / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний ; под ред. А.Г. Костюка. М.: Издат. дом МЭИ, 2016. 648 с.

Морозюк Т.В. Теория холодильных машин и тепловых насосов. Одесса: Негоциант, 2006. 712 с.

Карабарин Д. И., Михайленко С. А. Повышение энергоэффективности производства энергии в районах децентрализо-ванной энергетики // Известия ТПУ. 2017. №10. С. 81-86.

#

Energy Strategy of the Russian Federation until 2035. Ministry of Energy of the Russian Federation. Available at: https://minenergo.gov.ru/node/1026 (accessed 30.01.2024). (In Russ.)

Ramkumar Alajingi, Marimuthu R. Novel classification of energy sources, with implications for carbon emissions. Energy Strategy Reviews.2023;(49): 101146.

Karabarin D. I., Mikhailenko S. A. Design features of organic cycle Rankine plants. Journal of Siberian Federal University. En-gineering and Technologies. 2019;(6):733-745. (In Russ.)

Dzhavatov D.K., Azizov A.A. Increasing the energy efficiency of binary GeoPP. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2021;(9):178-186. (In Russ.)

Fabio Fatigati, Diego Vittorini, Marco Di Bartolomeo, Roberto Cipollone, Experimental characterization of a small-scale solar Organic Rankine Cycle (ORC) based unit for domestic microcogeneration. Energy Conversion and Management. 2022;(258):115493. DOI:10.1016/j.enconman.2022.115493.

Galashov N.N., Tsibul'skii S.A. Parametric analysis of the scheme of a combined cycle gas turbine with a combination of three cycles to improve efficiency when operating in the northern gas-producing regions. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2019;(5):44-55. (In Russ.)

Kuz'min A.M., Buslaev G.V., Morenov V.A. Energy efficiency improvement of low-tonnage methanol production by applica-tion of microturbodetander units. Journal of Mining Institute. 2022;(2):1038-1049.(In Russ.)

Maloney J.D., Robertson R.C. Thermodynamic study of ammonia-water heat power cycles. Oak Ridge National Laboratory Report CF-53-8-43. 1953.

Kalina AI. Combined cycle and waste heat recovery power systems based on a novel thermodynamic energy cycle utilizing low-temperature heat. American Society of Mechanical Engineers. Paper 83-JPGC-GT-3. 1983.

Zhang X, He M, Zhang Y. A review of research on Kalina cycle. Renew Sustain Energy Rev. 2012;(16):5309–18.

Dobrydnev D. V., Papin V. V., Bezuglov R. V. et al. Study of a modernized steam power cycle with lithium bromide solution as a working fluid . State and prospects for the development of electrical and heat technology (XXII Benardos Readings): mat. Intl. sci-entific-technical Conf., dedicated to the 75th anniversary of the Thermal Power Faculty, Ivanovo, May 31 – June 2, 2023. 2023;(2): 425-431.

Papin V.V., Efimov N.N., Dobrydnev D.V., D'yakonov E.M., Bezuglov R.V. Modernized steam-power cycle operating on the absorption principle. Promyshlennaya ehnergetika. 2022;(1):18-27. (In Russ.)

Papin V.V., Bezuglov R.V., Dobrydnev D.V., D.V., D'yakonov E.M., Shmakov A.S. Analysis of the ways to increase the efficiency of the absorption and modernized steam-power cycle. Bulletin of the South Ural State University series «Power Engineering». 2023;23(2): 83–93. (In Russ.) DOI: 10.14529/power230208.

Baranenko A.V. Absorption heat converters : a monograph. Sankt-Peterburg: S-Pb.gos.un-t nizkotemperatur. tekhnologii; 2005. 337 p.

Golubev I.F., Kiyashova V.P., Perel'shtein I.I. Thermophysical properties of ammonia. Moscow: Izd-vo standartov; 1978. 264 p.

Bogdanov S.N., Burtsev S.I., Ivanov O.P., Kupriyanova A.V. Refrigerating technique. Air conditioning. Properties of sub-stances: Reference. Sankt-Peterburg: SPBGAKHPT; 1999. 320 p.

REFPROP. National Institute of Standards and Technology. Available at: https://www.nist.gov/srd/refprop (accessed 26.01.2024).

Galimova L.V. Absorption refrigeration machines and heat pumps: textbook for specialty «Technology and physics of low temperatures». Astrakhan': Izd-vo AGTU; 1997. 226 p.

Kostyuk A.G., Frolov V.V., Bulkin A.E., Trukhnii A.D. Steam and gas turbines for power stations: textbook for universities. Moscow: Izdat. dom MEHI; 2016. 648 p.

Morozyuk T.V. Theory of refrigeration machines and heat pumps. Odessa: Negotsiant; 2006. 712 p.

Karabarin D. I., Mikhailenko S. A. Increasing the energy efficiency of energy production in the areas of decentralized energy. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2017;(10):81-86. (In Russ.)

Опубликован

28.06.2024

Как цитировать

(1)
Добрыднев, Д. В.; Папин, В. В.; Безуглов, Р. В.; Ведмичев , Н. А. Исследование влияния схемных решений на электрическую мощность турбоустановки модернизированного цикла Ренкина. electromeh 2024, 67, 108-123.

Выпуск

Раздел

Статьи