Библиографическое описание:

Манежнов В. Г., Смородин Г. С., Копейкин Д. А. Методы повышения тепловой и экологической эффективности энергоустановок с газовыми турбинами // Молодой ученый. — 2016. — №20. — С. 174-176.



Энергетика является одной из основной отрасли, которая влияет на состояние всей экономики. Также она является одной из основных потребителей первичных энергоресурсов и оказывает большое влияние на окружающую среду.

В современных условиях рациональное использование топливно-энергетических ресурсов становится одним из важнейших направлений в развитии промышленности России. Большое количество исследований проводится в области энергосбережения и защиты окружающей среды. В частности, использование низкопотенциальной теплоты продуктов сгорания топлива для выработки электрической энергии и уменьшения вредных выбросов путем вымораживания части диоксида углерода из продуктов сгорания топлива.

Газотурбинные установки. Современными энергоустановками ТЭС являются паротурбинные установки (ПТУ), газотурбинные установки (ГТУ) и парогазотурбинные установки.

Паротурбинные установки на ТЭС являются наиболее распространёнными, ввиду того, что энергетика владеет большим опытом по их созданию и эксплуатации. Преимуществами паровая турбины являются то, что производится она в очень широком диапазоне мощностей, обладает высокой надёжностью и экономичностью. Однако паровая турбина поставляется отдельными элементами поэтому монтаж данных элементов занимает значительное время.

Рассмотрим более подробно газотурбинные установки, так как именно они затронуты в статье. В Установках данного типа увеличение температуры подводимой в цикл Брайтона теплоты с целью повышения экономичности решается легче, так как в качестве рабочего тела применяется продукты сгорания топлива с меньшим давлением, чем у пара. Огромный вклад в исследование эффективности ГТУ, способов её повышения внесли Ложкин А. Н., Зысин В. А., Андрющенко и т. д.

Как и в любой установке у ГТУ есть и преимущества, и недостатки.

Компактность является одним из важнейших преимуществ, так как отсутствует котёл, сжигание топлива происходит при высоком давлении. Ввиду компактность газотурбинную установку возможно доставлять автомобильным транспортом.

В установке отсутствует конденсатор и сложные технологические элементы. Поэтому 1 кВт установленной мощности на газотурбинной электростанции намного меньше, чем у ПТУ.

Высокая манёвренность также является преимуществом.

К недостаткам же можно отнести высокую стоимость используемого топлива.

Установки для комплексного получения теплоты и твердого диоксида.Важным пунктом работы является вымораживание твердого диоксида углерода (СО2, «сухой» возможности получения низких температур, большой объемной и массовой холодопроизводительности, отсутствием влаги при переходе из твердого вещества в газообразное). Он находит широкое применение из-за простоты своего использования, возможности получения низких температур, большой объемной и массовой холодопроизводительности, отсутствием влаги при переходе из твердого вещества в газообразное.

В условиях научного и технического прогресса значительное снижение расхода топливно-энергетических ресурсов и снижение вредных выбросов в окружающую среду стало как никогда актуальной проблемой современности. Остро стоят вопросы энергоэффективного сжигания природного газа, мазута, и других видов органического топлива. Сейчас на теплоэлектростанциях, которые работают на природном газе, мазуте, угле отходы от его сжигания в пять раз превышают массу использованного топлива [1].

В окружающую среду вместе с продуктами сгорания топлива выбрасывается зола, в которой содержится в различных пропорциях огромное количество разнообразных химических веществ, продукты неполного сгорания топлива, диоксид углерода, окислы серы, азота и другие вещества, угрожающие нормальной жизни и здоровью человека. Так же в окружающую среду выбрасывается большое количество теплоты в виде горячих газов и подогретой воды. Все вышеперечисленное является общей проблемой почти всех энергетических установок не только в нашей стране, но и в мире.

Решением выше изложенных проблем может стать внедрение установок для комплексного получения теплоты и твердого диоксида углерода. С помощью таких установок можно не только уменьшить вредные выбросы в атмосферу, но и получать твердый СО2 для промышленных и хозяйственных нужд. При получение «сухого льда» и теплоты в комплексе экономия топлива может составить до 40 % от затрат топлива при раздельном их получение [2].

Задача нашего исследования состоит в нахождении оптимальных режимов работы установки для комплексного получения теплоты и твердого СО2, и минимизации выбросов вредных веществ в окружающую среду.

В последние время ученые по всей планете озадачены проблемой парникового эффекта, причиной которого является чрезвычайно большие выбросы СО2 в атмосферу 80 % которых связанно со сжиганием органических топлив. Разработка новых технологий и способов уменьшения таких выбросов является приоритетной задачей для мирового научного сообщества.

Существует немало методов улавливание СО2 в мировой практике.

  1. Абсорбционно-десорбционный (при таком способе с использованием алканоламина требуется повышение расхода топлива на единицу отпускаемой энергии в 1,3–1,4 раза больше, что приводит к снижению КПД примерно на 11 %).
  2. Вымораживание диоксида углерода из дымовых газов (при этом если улавливать 90 % СО2 КПД снижается на 12 %).
  3. Метод с использованием извести в топках кипящего слоя (при температуре до 800 0С углерод вступает в реакцию с СаО и получается СаСО3, но для этого требуется СаО в 4 раза больше чем угля, и полезная теплота используется только на 15 %) [3].

Все способы, описанные выше приводят к значительному снижению КПД и при практическом использование фактически не обеспечивают потребности по уменьшению выбросов диоксида углерода в окружающую среду.

Существенно иная эффективность будет достигаться при применении в энергетике установок для комплексного получения теплоты, электричества и холода в виде кристаллического СО2 (рис. 1).

Принцип работы такой установки заключается в подготовке продуктов сгорания топлива к их переработке. На первом этапе происходит процесс очистки от золы в скруббере и отделении влаги в первом влагоотделители. Второй этап — это повышение давления в компрессоре, и охлаждение в промежуточном холодильнике, и удаление из ПСТ влаги при помощи второго влагоотделителя. На третьем этапе продукты сгорания топлива проходят через регенеративный теплообменник, в котором их температура уменьшается до температуры перехода диоксида углерода из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое, и далее уже поступают в турбодетандер, в котором происходит расширение ПСТ и кристаллизация СО2, а в сепараторе уже происходит его отделение шнековыми или другими устройствами.

Когда произошло охлаждение продуктов сгорания топлива и расширение в турбодетандере уходящие газы уже не являются греющим агентов, а являются рабочем веществом или даже холодильным агентом, за счет того, что их температура после этого значительно снизилась и приблизилась к температуре окружающей среды. Вследствие этого отсутствуют потери тепла в окружающую среду с уходящими газами.

C:\Users\PSO_29\Desktop\1.png

Рис. 1. Установка для производства СО2 с турбодетандером: К — котельная; ДХ — дымоход; СК — скруббер; ВО1, ВО2 — влагоотделитель; Ком — компрессор; ПХ — промежуточный холодильник; Р — регенератор; ТД — турбодетандер; ЭГ — электрогенератор; С — сепаратор

Экологический эффект от применения таких установок очень высок, так как сопряжен с понижением загрязнения окружающей среды, а именно из-за понижения теплопотерь и существенному снижению выбросов в окружающую среду СО2.

У данной установке не только большой экологический эффект, но и практическая польза от выработки диоксида углерода. Он является важным технологическим продуктом, которой находит применение не только в промышленности, но и во многих сферах народного хозяйства. В России 40 % жидкого и 20 % твердого СО2 производятся с помощью специального сжигания топлива. Установки для комплексного получения теплоты и твердого диоксида углерода позволят экономить топливо на выработки твердого СО2. Следовательно, исследование и реализация таких установок по вымораживанию диоксида углерода из продуктов сгорания топлива приведет к улучшению экологических и экономических показателей энергетических установок в нашей стране [4].

Методы повышения эффективности ГТУ. Шапожников В. В. в своей диссертации [1] повышает эффективность путём совершенствования схем и оптимизации параметров.

Существуют следующие методы повышения эффективности энергоустановок с газотурбинными установками:

  1. Увеличение начальной температуры газов перед турбиной, благодаря чему повышается КПД установки. Это наиболее распространённый и наиболее перспективный метод.
  2. Использование более совершенных конструкционных решений:
  1. жаростойких сталей и сплавов;
  2. термозащитных покрытий лопаток;
  3. эффективной системы охлаждения лопаток.
  1. Установка регенераторов, что позволяет снизить расход топлива и тем самым увеличить КПД энергоустановки. Но сами регенераторы довольно громоздки. Данная проблема решается путём использования напорной регенерации, дающая возможность повышения тепловой экономичности и сокращения поверхности теплообмена на 20–30 %.
  2. Увеличение работы расширения путём усложнения схем.

Вывод. В работе рассмотрены преимущества и недостатки применения газотурбинных установок. Исследованы установок для комплексного получения теплоты и твердого диоксида углерода несет важный характер для защиты окружающий среды от вредных выбросов. Ее применение приводит к повышению энергоэффективности, за счет объединения двух процессов в один, а так к же к уменьшению затрат на производство твердого СО2 для производственных нужд. Рассмотрены основные методы повышения эффективности ГТУ.

Литература:

  1. Галдин В. Д. Разработка элементов теории и анализ процессов расширения парогазовой смеси в турбодетандере [Текст]: диссертация докт. техн. наук: 05.04.04: защищена: 1998год. / Галдин Владимир Дмитриевич. — Омск, 1998. — 410 стр.
  2. Дорохин В. П. Перспективы применения детандер-генераторных агрегатов в топливно-энергетическом комплексе России [Текст] / В. П. Дорохин // Промышленный Сервис. — 2012. — № 4. С. 18–22
  3. Кондратьев Н. В. Коагуляция частиц твердого диоксида углерода при расширении продуктов сгорания топлива в турбодетандере [Текст]: диссертация канд. техн. наук: 05.04.03: защищена: 2004 год. / Кондратьев Николай Викторович. — Омск, 2014. — 124 стр.
  4. Андреев А. Р. Использование детандер-генераторных технологий как способ повышения эффективности работы котельных [Текст]: диссертация канд. техн. наук: 05.14.04: защищена: 2007год. / Андреев Александр Рудольфович. — Москва, 2007. — 145 стр.
  5. Шапошников В. В. Повышение эффективности ГТУ путём совершенствования тепловых схем и оптимизация параметров [Текст]: диссертация канд. техн. наук: 05.04.14: защищена: 2015год. / Шапошников Валентин Васильевич. — Краснодар, 2015. — 178 стр.
Основные термины (генерируются автоматически): диоксида углерода, сгорания топлива, комплексного получения теплоты, продуктов сгорания топлива, твердого диоксида углерода, окружающую среду, твердого СО2, эффективности ГТУ, продукты сгорания топлива, повышения эффективности, повышения эффективности ГТУ, вредных выбросов, теплоты продуктов сгорания, выработки твердого СО2, неполного сгорания топлива, выбросов диоксида углерода, продуктами сгорания топлива, вымораживание твердого диоксида, части диоксида углерода, Вымораживание диоксида углерода.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос