Анализ способов повышения эффективности абсорбционного и модернизированного паросилового цикла

Автор: Папин Владимир Владимирович, Безуглов Роман Владимирович, Добрыднев Денис Владимирович, Дьяконов Евгений Михайлович, Шмаков Анатолий Сергеевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power

Рубрика: Теплотехника

Статья в выпуске: 2 т.23, 2023 года.

Бесплатный доступ

В статье приводится принципиальная схема и принцип работы модернизированного паросилового цикла Ренкина, в котором конденсация отработавшего после турбины пара заменена на процесс его абсорбции, а также принципиальная схема абсорбционного трансформатора, в котором происходят схожие процессы и который взят за основу при разработке модернизированного цикла. С целью разработки оптимизированных схемных решений модернизированного цикла Ренкина в статье осуществляется термодинамический анализ различных схемных решений абсорбционных циклов с водоаммиачным раствором (схема с регенерацией в термохимическом компрессоре, с регенерацией теплоты в основном процессе, с дефлегмацией пара). Результаты анализа показали, что наиболее оптимальными техническими решениями для абсорбционного термотрансформатора с точки зрения сложности реализации и эффективности являются схемы с дефлегмацией пара и регенерацией теплоты растворов. С целью оптимизации эффективности цикла было осуществлено комбинирование данных схемных решений и исследована эффективность решения. По результатам определения наиболее эффективных вариантов циклов абсорбционных термотрансформаторов в дальнейших исследованиях будут разрабатываться оптимизированные схемные решения для паросилового цикла, при этом будут учитываться особенности функционирования абсорбционных и паросиловых циклов.

Еще

Абсорбционный цикл, малая распределенная энергетика, цикл ренкина, энергоэффективность, утилизация теплоты, вторичные энергетические ресурсы, абсорбция

Короткий адрес: https://sciup.org/147240939

IDR: 147240939   |   DOI: 10.14529/power230208

Текст научной статьи Анализ способов повышения эффективности абсорбционного и модернизированного паросилового цикла

Повышение энергетической эффективности уже эксплуатирующихся и проектируемых объектов энергетики является одним из приоритетных направлений развития топливно-энергетического комплекса Российской Федерации [1]. При этом значительную долю в общей структуре генерации в России занимают тепловые электрические станции (ТЭС). В последние годы значительную роль в России и мире приобретает малая распределенная энергетика, которая выражена установками малой мощности – паровыми микротурбинами [2, 3]. Значительная часть ТЭС работает по циклу Ренкина, который, несмотря на его повсеместное применение в мире, характеризуется низкой энергетической эффективностью [4]. Даже крупные современные ТЭС имеют эффективность на уровне 35–40 %, что означает потерю более чем половины всей теплоты, полученной в котлоагрегате [5, 6]. Это приводит к перерасходу топлива и воды, повышенным выбросам вредных веществ и тепловому загрязнению окружающей среды [7, 8]. Установки малой мощности из-за снижения параметров пара перед турбиной имеют еще меньшую эффективность [9].

Наибольшие тепловые потери при работе паросиловых установок наблюдаются в парожидкостном тракте, а именно в конденсаторе паровой турбины, где отработавший пар, имеющий еще достаточно высокий потенциал, охлаждается до низких температур. В результате конденсации пара охлаждающей воде передается значительное количество теплоты (скрытой теплоты парообразования рабочего тела). Все остальные тепловые потери несопоставимо ниже. С целью снижения тепловых потерь авторами данной статьи в работе [10] представлен модернизированный паросиловой цикл Ренкина, в котором предлагается иной способ переноса рабочего тела из зоны низкого в зону высокого давления, в котором процесс конденсации отработавшего пара заменен на процесс его абсорбции, по аналогии с абсорбционным термотрансформатором (АБТ).

С целью разработки наиболее эффективного схемно-циклового решения модернизированного паросилового цикла необходимо проанализировать цикл и особенности функционирования абсорбционного трансформатора теплоты, а также технические решения по повышению энергетической эффективности АБТ. Это необходимо в том числе потому, что имеются различные варианты по включению в паросиловой цикл абсорбционной части и различные варианты схемно-циклового решения самого модернизированного паросилового цикла.

Принципиальная схема модернизированного паросилового цикла

В абсорбционных циклах процесс переноса рабочего тела (рабочего раствора) из зоны низкого в зону высокого давления осуществляется посредством так называемого термохимического компрессора, системы, состоящей из абсорбера (сор-бера), насоса, генератора (десорбера) и расширительного вентиля [11, 12]. Применение абсорбции позволит не охлаждать пар до низких температур, а растворять его в абсорбенте и перекачивать в котлоагрегат, сохранив полезную теплоту в цикле и повысив среднюю температуру подвода теплоты в цикл. С целью реализации излагаемого принципа абсорбции отработавшего после турбины пара классическая схема цикла Ренкина должна быть доработана путем добавления дополнительного трубопровода – контура возврата абсорбента с расширительным устройством, который соединяет абсорбер и генератор пара (котлоагрегат), а также за счет применения второго рабочего вещества – абсорбента (растворителя) для рабочего тела. Принципиальная схема модернизированного паросилового цикла представлена на рис. 1.

Модернизированный паросиловой цикл работает следующим образом. Отработавший после паровой турбины пар, имеющий еще достаточно высокий потенциал, попадает в абсорбер. При взаимодействии двух сред, абсорбента и отработавшего пара, поступающего из паровой турбины, последний поглощается абсорбентом и получив-

Рис. 1. Схема модернизированного паросилового цикла (красные линии – крепкий раствор, зеленые линии – слабый раствор, синие линии – рабочее тело): 1 – абсорбер; 2 – насос; 3 – расширительное устройство; 4 – генератор пара (котлоагрегат); 5 – паровая турбина; 6 – электрический генератор

Fig. 1. The upgraded steam-power cycle (red lines – rich solution, green lines – weak solution, blue lines – working medium): 1 – absorber; 2 – pump; 3 – expansion device; 4 – steam generator (boiler unit); 5 – steam turbine; 6 – electric generator

ш и йся рас тв ор (кре пки й ра с тв ор) пе ре ка чив а е тся пи та те л ьным на с ос ом в котл оа гре га т, в котором сж и гаетс я топли в о и в ы д е л я ется тепл ота , пе р е да ющаяс я кре п кому ра с т вору (так ж е м ож е т использоваться котел-у ти л из атор). В проце с с е по д в ода т еп л оты ра с тв ор ра з дел яе тся на ра боче е те л о и аб сорб е н т. Р а боче е тел о на пра вл яетс я на дал ь не йш и й пе ре грев па ра в к отл оа гре га те и дал е е в па ров ую т у рб ин у . А бс орбент, и ме ющ ий б ол ь ш у ю температуру испарения, че м ра боче е те л о, на пра в л яется по л и н ии в оз в ра та ( с л а бы й ра с тв ор) че ре з р а с шири те л ьное у стройс тв о в абс орбе р. В ра с ши р и те л ьн ом ус тройс т в е с н иж а етс я да вл е н ие до уров ня д а вл е н ия в а бс орб е ре . Пос л е попа да н ия сл а бого ра с тв ора в а бс орбе р ци кл з а м ыка е тся.

Чаще всего процессы смешения рабочих веществ в абсорбере являются экзотермическими реакциями, то есть протекают с выделением теплоты [13]. Если теплоту абсорбции не отводить, то со временем взаимная растворимость компонентов будет уменьшаться вплоть до полного прекращения процесса абсорбции пара. В общем случае теплота, отводимая от абсорбера, может рассматриваться как часть тепловых потерь, аналогичная тепловым потерям в конденсаторе паровой турбины традиционного цикла Ренкина (хотя и в том, и в другом случае эта теплота может быть использована полезно). Одной из важнейших задач при исследовании модернизированного цикла является сравнение теплоты конденсации и теплоты абсорб- ции для различных рабочих тел (пар рабочих тел), сравнение энергетических характеристик цикла и оценка целесообразности модернизированного паросилового цикла в том или ином случае.

Принципиальная схема абсорбционного цикла отражает основные процессы, происходящие при переносе рабочего тела в «термохимическом компрессоре» и при выработке холода или теплоты. На рис. 2 представлена принципиальная схема АБТ.

Видно, что приведенная схема модернизированного цикла отличается от схемы АБТ оборудованием для осуществления основного процесса преобразования энергии: для АБТ – это конденсатор и испаритель для обеспечения потребителя теплотой и холодом, а для модернизированного цикла – паровая турбина для выработки электрической энергии. При этом термохимический компрессор для переноса рабочего тела используется и в том, и в другом случае.

В то же время данная схема является во многом теоретической и имеет значительный потенциал к оптимизации. В реальных абсорбционных установках используется ряд вспомогательных устройств, которые обеспечивают:

– снижение расхода греющего теплоносителя и/или охлаждающей среды;

– снижение необратимости в одном или нескольких процессах;

– сокращение металлоемкости (снижение капитальных затрат).

Рис. 2. Принципиальная схема АБТ: 1 – абсорбер; 2 – насос; 3 – расширительное устройство; 4 – генератор пара; 5 – конденсатор; 6 – испаритель

Fig. 2. Basic diagram of the absorption thermo-transformer (ATT): 1 – absorber; 2 – pump; 3 – expansion device; 4 – steam generator; 5 – condenser; 6 – evaporator

Постановка задачи исследования

П рин ц и пиал ь на я сх е м а м оде рнизиров а н ного па роси л ов ого ц икла пр и те м пе ра т уре в ыс окоп отенциального источника 190 °С (что дл я в од оам-ми ачн ого рас тв ора с конце н тра цией 90 % с оотв етствует температуре 162,5 ° С и да вл ен и ю 41, 1 б ар) имеет термический КПД 22,17 % [1 0] , что п оказ ыв ае т пов ышен ие эффе кт ивнос ти по с ра в нению с о рг ан иче ск им ци кл ом Р е нк ина (на 5–10 % в зависи мо сти о т п ри ме н яемы х р а б о ч их ве щ ес т в) . В т о же время традиционный цик л Р е нки н а на в одя ном па ре при д а н ных п ара м е тра х источни ка тепл оты практически неосуществим.

Т е м не м е не е эне рге тиче с к а я эфф е кт ивнос ть мод ерн из иров а н ного па рос ил ов ого ци к л а та к ж е мож е т быть пов ышена в п е рвую оче ре дь з а с че т пов ышен и я эффект ивнос т и е го а бс о рбционной ч а с ти, п роце сс а а бс орб ци и и д ес орбц и и и пе ре нос а р а б очего те л а из з оны н из кого в з он у в ыс о кого да в л е н и я. Н аиб ол ее ча сто и с пол ьзуе м ыми в а риа нтам и п ов ы шен ия эффе к ти внос ти абс орбц ионны х циклов являются [14]:

– р е ге не ра ция т еп л оты в «основ ном п роце ссе» (системе конденсатор- и спа рител ь );

– р е ге не ра ция теп л оты в « те рм ох им иче с ком компрессоре»;

– дефлегмация;

– ректификация;

– расширение зоны дегазации различными способами (применение ступенчатых генерации или абсорбции, материальная регенерация, комбинированные абсорбционно-компрессионные циклы) [15]. Первые 3 варианта являются наиболее применимыми как по отдельности, так и в комбинации друг с другом.

Далее в статье выполнен термодинамический расчет схем АБТ с регенерацией теплоты в «термохимическом компрессоре», в основном процессе, с дефлегмацией пара, с первыми двумя и всеми тремя способами. Результаты расчетов покажут, какую эффективность имеет каждая из схем, и, отталкиваясь от этого можно будет судить о соответственном повышении энергетической эффективности модернизированного цикла при применении тех или иных технических решений, связанных с оптимизацией абсорбционных циклов.

Схема с регенерацией теплотыв «термохимическом компрессоре» АБТ

Одним из наиболее эффективных решений, обеспечивающих повышение энергетической эффективности абсорбционных циклов, является регенерация теплоты растворов или регенерация в «термохимическом компрессоре» [15], которая реализуется установкой дополнительного теплообменника на линиях крепкого и слабого растворов. В схемах АБТ данный теплообменник называется регенеративным теплообменником растворов (РТО-Р). РТО-Р устанавливается на линии крепкого раствора после питательного насоса и на линии слабого раствора перед расширительным устройством. Схема АБТ с регенерацией теплоты растворов представлена на рис. 3.

Применение регенерации растворов в абсорбционных циклах обеспечивает [16]:

Рис. 3. Схема АБТ с системой регенерации растворов: 1 – абсорбер; 2 – насос; 3 – расширительное устройство; 4 – генератор пара; 5 – конденсатор; 6 – испаритель; 7 – регенеративный теплообменник растворов (РТО-Р)

Fig. 3. Diagram of ATT with solution regeneration system: 1 – absorber; 2 – pump;

3 – expansion device; 4 – steam generator; 5 – condenser; 6 – evaporator;

7 – regenerative heat exchanger

  •    сн иж ение не обра т им ос ти в аб сорб ере з а сче т пон и ж е н и я те мп ера т у р ы на ча л а а бс орбц и и;

  •    сн иж ение не обра тим ос ти в г ен ера торе па ра за с че т пов ыше н ия те мпе ра т уры на ча л а гене ра ц ии;

    с н ижен и е од нов ре м е нно те п л оты, под в од и мой в ген ера тор па ра , QГ и те п л оты, отв одим ой от аб сорб ера , , бе з влия ни я на осуще с т в л ен ие ос но вн ы х п р о ц ессо в ц и к ла ( в аб со р б ц и о н н ы х ц иклах – на в ыра ботк у х ол ода или теп л оты, в м оде рнизированном цикле – н а в ыра ботк у электрической энергии).

Т а ким обра з ом, в с л е дс твие с ни ж е н ия по дв о дим ой в гене ра тор па ра и о т в одим ой из а бс орбе ра теп л оты с н иж аютс я теп л овые поте ри и обе спе чи в ае тс я пов ышение эне рге т и че с кой эффе к ти в нос т и ци кл а . Э то, в с в ою оче ре дь, прив од ит к с н иж ен ию расход а орга ниче с кого топлив а и ум еньшению в ред ного в лия ни я на окр у ж а ющ ую с ре д у ни же ние в ы б росов в ре д ных в е щ е с тв и тепл ов ы х сбр осов в атмосферу).

Схема с регенерацией теплотыв    «основном процессе» АБТ

О д ни м и з н а и бол е е ра с прос тра не н ны х тех нических решений, о б е с п еч и в ающ и х пов ыше н ие э ффе кти в нос т и ра боты а бсорбцион ных х о л оди л ь ных м а ш ин и те п л ов ы х нас ос ов , яв л яе тся приме не ни е ре ге не ра ц ии теп л от ы ра боче го те л а п уте м прим е нени я до пол н ител ь ного ус тройс т в а – реге не рати в н ого те п л ообм е н н ика раб очего а ге н та (РТО-А). Схем а А БТ с ре г е не ра цией тепл оты р абочего тела представлена на рис. 4.

Данный теплообменник устанавливается на линии жидкого хладагента после конденсатора и на линии влажного пара после испарителя. Применение РТО-А обеспечивает:

  • –    повышение удельной массовой холодопроизводительности и снижение массового расхода хладагента (что обуславливает снижение массовых потоков во всех аппаратах);

    – повышение сухости пара после испарителя.

Схема с дефлегмациейрабочего тела АБТ

Одним из наиболее распространенных технических решений в АБТ является применение дефлегмации пара с целью повышения концентрации рабочего агента, поступающего в конденсатор и испаритель [17]. Схема АБТ с дефлегмацией пара рабочего тела представлена на рис. 5.

Необходимость применения дефлегмации пара обусловлена свойствами рабочих веществ, применяемых в абсорбционных циклах. Как отмечалось выше, все применяемые пары рабочих веществ можно разделить на две группы – летучие и нелетучие смеси. В паровой фазе летучих смесей присутствуют как рабочий агент, так и абсорбент, а в паровой фазе нелетучих смесей – только рабочий агент. Применение дефлегмации пара актуально именно для веществ первой группы – для летучих смесей. Для нелетучих смесей необходимость в ректификации и дефлегмации пара отпадает ввиду несоиспаряемости рабочего агента и абсорбента [18].

Рис. 4. Схема АБТ с системой регенерации растворов: 1 – абсорбер; 2 – насос; 3 – расширительное устройство; 4 – генератор пара; 5 – конденсатор; 6 – испаритель; 7 – регенеративный теплообменник агента (РТО-А)

Fig. 4. Diagram of ATT with solution regeneration system: 1 – absorber; 2 – pump;

3 – expansion device; 4 – steam generator; 5 – condenser; 6 – evaporator;

7 – regenerative working fluid heat exchanger

Рис. 5. Схемы АБТ с дефлегмацией пара: 1 – абсорбер; 2 – насос; 3 – расширительное устройство; 4 – генератор пара; 5 – конденсатор; 6 – испаритель;

7 – дефлегматор

Fig. 5. Schemes of ATT with steam distillation: 1 – absorber; 2 – pump; 3 – expansion device; 4 – steam generator; 5 – condenser; 6 – evaporator; 7 – distillator

Дефлегмация представляет собой процесс охлаждения пара после генератора, при котором из смеси частично конденсируется рабочее тело. Результатом частичной конденсации является образование флегмы. Флегма – это поток раствора, внутренняя часть которого имеет концентрацию слабого раствора, а поверхностный слой – повышенную концентрацию молекул рабочего тела. Применение дефлегматора в АБТ обеспечивает снижение необратимостей в испарителе и конденсаторе за счет применения пара более высокой концентрации. Одновременно с этим для осуществления процесса дефлегмации требуется включить в схему цикла дополнительный теплообменный аппарат – дефлегматор, а также подвести больше теплоты в генератор пара. Это требует увеличения капитальных и эксплуатационных затрат. Поэтому в каждом конкретном случае вопрос оптимальной концентрации пара должен решаться путем технико-экономической оценки. Наиболее оптимальными концентрациями водоаммиачной смеси для АБТ с точки зрения уменьшения необратимостей и соотношения капитальных и эксплуатационных затрат считается концентрация 97–98 % [19].

Термодинамический анализ циклов АБТ

Для термодинамического анализа абсорбционных циклов широко применяется диаграмма в координатах энтальпия-концентрация. Ее широкое распространение обусловлено удобством построения процессов абсорбции, дефлегмации, ректификации и в целом тепловых расчетов абсорбционных установок. Не менее важным фактором являлась также наглядность построений. Таким образом, преимуществом расчета по диаграмме является наглядность построений, простота и при этом возможность быстрой оценки эффективности того или иного схемно-циклового решения. В то же время диаграмма неприменима при дальнейших исследованиях и становится неудобной при существенном усложнении схемно-цикловых решений, исследовании эффективности установки в случае варьирования внешних граничных параметров установки, мониторинге режимов работы реальной установки и прочих условий. И в целом графический метод может считаться более трудоемким и менее точным особенно в случае необходимости многократных расчетов. В этой ситуации математическое моделирования является наиболее оптимальным решением.

Расчет циклов АБТ осуществляется по методикам, изложенным в [7, 8]. Исходными данными для термодинамического анализа любого абсорбционного цикла являются 3 температурных источника (высоко-, средне- и низкопотенциальный) и пара рабочих веществ. Выбор температурного уровня источников теплоты зависит от внешних условий, требований технологии, доступного источника теплоты, его типа и потенциала.

При расчете модернизированного цикла температуры для термодинамического анализа должны подбираться исходя из условий эксплуатации станции и проектных параметров, поэтому принятые температурные уровни будут отличаться от принимаемых для расчетов абсорбционных холодильных машин и тепловых насосов.

Температура низкопотенциального источника определяет давление кипения в испарителе АБТ, а в модернизированном цикле данная температура – давление пара после турбины. Температура среднепотенциального источника в расчете АБТН определяет давление и температуру конденсации, а в случае модернизированного паросилового цикла – температуру пара перед турбиной. Температура высокопотенциального (греющего) источника определяется доступным уровнем теплоты, подводимым в генератор пара (в модернизированном цикле – в котел-утилизатор). Термодинамический анализ осуществлялся для следующих параметров работы:

  • –    температура низкопотенциального источника +30 °С;

  • –    температура среднепотенциального источника +80 °С;

  • –    температура высокопотенциального источника +190 °С;

  • –    рабочее тело: аммиак NH 3 ;

  • –    абсорбент: вода Н2О;

  • –    холодопроизводительность 500 кВт.

Изложенные выше схемные решения чаще всего применяются не изолированно, а в комбинации друг с другом. По этой причине дополнительно будет приведен термодинамический анализ схемно-циклового решения с двумя теплообмен-

Результаты термодинамического расчета различных схем абсорбционного цикла Thermodynamic calculations of absorption cycle schemes

Схема работы

Обычная схема

Схема с РТО-Р

Схема с РТО-А

Схема с дефлегматором (Д)

Схема с РТО-Р и РТО-А

Схема с Д, РТО-Р и РТО-А

Теплота испарителя Q o, кВт

500

500

500

500

500

500

Массовый расход хладагента M , кг/с

1,923

1,923

0,625

0,685

0,625

0,394

Теплота генерации Qг, кВт

5861,770

3561,290

1905,070

2231,600

1157,420

735,980

Теплота конденсации Qк, кВт

2461,530

2461,530

968,750

726,020

968,750

523,620

Теплота абсорбции Qа, кВт

3900,240

1599,760

1436,320

1907,100

688,670

655,758

Коэффициент трансформации µ

1,085

1,140

1,262

1,180

1,432

1,602

никами (РТО-А и РТО- Р ), а та кж е сх е м а с дефлегма тором и двум я тепл ообме нн ика ми. Р е з у л ьтаты терм оди на м иче с кого а на ли з а , у де л ь ные теп л ов ые потоки основ ны х а п па ратов ус танов к и и коэфф ициент тра нс форм ац и и тепло т ы д л я ра з личны х сх е м ны х ре ше н ий прив еде н ы в та бли це .

А на ли зи р у я резу л ьтаты ра с че тов в таблице, в ид но, что по м е ре ус л о ж нени я с х е мных ре ше н ий ( с доб ав л ени ем ра з личны х те п л ообм е нн иков ) э фф е кт ив ность а бс орбц ион ног о ц ик л а п ов ы ша е тс я, р а с те т коэффи ц ие н т трансформ а ции те п л оты, о пр е д ел яе м ый как от ноше н ие пол е з но о тданной тведенной от абсорбера и к о н де нс атора) к з а тр ач е н ной тепл о те ( п одв е денн ой в ге не ра торе па ра ). Н а иб ол ьш у ю удел ьн у ю эффе кти в нос ть с ре д и сх е м ны х ре шени й пока з ыв ае т пр им е нение па рового переохладителя (РТО-А) з а с че т с уще ств енного сн ижен и я м а с с ов ого ра с х ода х л а да гента , что, ка к уже отмеч а л ос ь в ыше , ока зыв а е т в лия н ие на те пл ов ы е поток и в о в с е х а п п а ра та х ус тановки [19]. П рим е рно на та ком ж е уров не эффе кт ивнос ть при де ф л е гм а ц и и па ра . Однако на ибол ь ш у ю эффективнос ть пока з ыв а ет ком б ин иров а н на я сх е м а с д в умя т е пло о б ме н ник ам и и д ефлег ма т о р о м [ 20, 21]. П о отн о ше н ию к п ри нц и пи а л ь н ой сх е м е и с х е м е с РТО- Р м а с с ов ый ра с х од х л ада ге н та сн иж а е тся пра кти чес к и в 4 ра з а , что об е с пе чив а ет пов ышение коэф ф иц и ент а тр анс формац и и т еп л о ты на 47 и 40 % соответственно.

Практическая значимость

С учетом термодинамического анализа абсорбционного цикла и влияния различных схемных решений на эффективность можно оптимизировать модернизированный паросиловой цикл с целью обеспечения большего энергетического эффекта. Важным является учет особенностей функционирования циклов АБТ и ТЭС. Как отмечалось выше, наибольший прирост экономичности цикла АБТ наблюдается при использовании регенерации теплоты в основном процессе, а также в комбинации схем с использованием РТО-Р. В то же время выше отмечалось, что основное отличие схем модернизированного цикла и цикла АБТ заключается в отсутствии у первого конденсатора и испарителя (с заменой их на паровую турбину с электрогенератором), поэтому реализация схемного решения по аналогии с АБТ невозможна.

В этой связи в качестве оптимизированного схемного решения можно рассмотреть схему с дефлегмацией и регенерацией теплоты растворов. На рис. 6 представлена данная схема.

В то же время требуется дополнительный анализ схемного решения с включением дефлегматора на предмет определения оптимальной концентрации пара перед турбиной. Предварительные расчеты показывают существенное влияние концентрации аммиака в паре перед турбиной на влажность пара после турбины, что может существенно влиять

Рис. 6. Схема модернизированного паросилового цикла с дефлегмацией пара и с регенерацией теплоты растворов: 1 – абсорбер; 2 – насос; 3 – расширительное устройство; 4 – генератор пара (котлоагрегат); 5 – паровая турбина; 6 – электрический генератор; 7 – дефлегматор; 8 – регенеративный теплообменник растворов

Fig. 6. The upgraded steam-power cycle with steam distillation and solution heat regeneration: 1 – absorber; 2 – pump; 3 – expansion device; 4 – steam generator (boiler unit); 5 – steam turbine; 6 – electrical generator; 7 – distillator; 8 – regenerative heat exchanger

на эксплуатационную надежность турбины. Поэтому в дальнейших исследованиях будет проведен энергетический и эксергетический анализ оптимизированной схемы модернизированного цикла.

Заключение

В статье был выполнен термодинамический анализ различных схем абсорбционных термотрансформаторов с использованием водоаммиач-ного раствора при уровнях температур, соответствующих работе разрабатываемого модернизированного паросилового цикла.

Результаты расчетов показали, что каждое из схемных решений (регенерация теплоты, дефлегмация пара) повышает эффективность АБТ и способствует повышению удельных показателей цикла (уменьшение количества отводимой из абсорбера и подводимой в генератор пара теплоты – для схемы с регенерацией теплоты растворов, уменьшение массового расхода рабочего тела – для дефлегмации). Определено, что при температуре низкопо- тенциального источника +30 °С, среднепотенциального +80 °С и высокопотенциального источника +190 °С наибольшую эффективность показывает схема с регенерацией теплоты рабочего агента (коэффициент трансформации теплоты равен 1,264), примерно равную эффективность показывают технические решения с регенерацией теплоты растворов и дефлегмацией пара (1,140 и 1,180 соответственно). Далее было осуществлено комбинирование данных схем и анализ их эффективности, который показал существенный рост коэффициента трансформации теплоты – на 13 и 26 % для схемы с двумя регенеративными теплообменниками и для схемы с комбинацией трех устройств соответственно.

В рамках исследований модернизированного паросилового цикла важной задачей является анализ влияния вышеизложенных схемных решений на энергетическую эффективность паросилового цикла ТЭС. В рамках дальнейших исследований будет оценена энергетическая эффективность разработанных схемных решений.

Список литературы Анализ способов повышения эффективности абсорбционного и модернизированного паросилового цикла

  • Энергетическая стратегия Российской Федерации до 2035 года. Министерство энергетики РФ [Электронный ресурс]. URL: https://minenergo.gov.ru/node/1026 (дата обращения: 18.11.2022).
  • Петрущенков В.А., Коршакова И.А. Качественный и количественный анализ тепловой энергетики малых мощностей в России // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22, № 5. С. 52-70. DOI: 10.30724/1998-9903-2020-22-5-52-70
  • Fidalgo J.N., Azevedo F. Decision support system for long-term reinforcement planning of distribution networks // Electric Power Systems Research. 2022. Vol. 209. P. 107999. ISSN 0378-7796. DOI: 10.1016/j.epsr.2022.107999
  • The energy-saving mechanism of coal-fired power plant with S-CO2 cycle compared to steam-Rankine cycle / Zhewen Chen, Yanjuan Wang, Xiaosong Zhang, Jinliang Xu // Energy. 2020. Vol. 195. P. 116965. ISSN 0360-5442. DOI: 10.1016/j.energy.2020.116965
  • Combined Rankine Cycle and dew point cooler for energy efficient power generation of the power plants -A review and perspective study / Xiaoli Ma, Xudong Zhao, Yufeng Zhang et al. // Energy. 2022. Vol. 238, part A. P. 121688. ISSN 0360-5442. DOI: 10.1016/j.energy.2021.121688
  • Effect of direct water injection temperature on combustion process and thermal efficiency within compression ignition internal combustion Rankine engine / Zhe Kang, Shangsi Feng, Yang Lv et al. // Case Studies in Thermal Engineering. 2021. Vol. 28. P. 101592. ISSN 2214-157X. DOI: 10.1016/j.csite.2021.101592
  • Основы современной энергетики: учеб. для вузов: в 2 т. / под общ. ред. чл.-корр. РАН Е.В. Аметисова. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Издат. дом МЭИ, 2016.
  • Hidemichi Fujii, Shunsuke Managi. Optimal production resource reallocation for CO2 emissions reduction in manufacturing sectors // Global Environmental Change. 2015. Vol. 35. P. 505-513. ISSN 0959-3780. DOI: 10.1016/j.gloenvcha.2015.06.005
  • Discussion of the effects of recirculating exhaust air on performance and efficiency of a typical microturbine / Ward De Paepe, Frank Delattin, Svend Bram, Jacques De Ruyck // Energy. 2012. Vol. 45, iss. 1. P. 456-463. ISSN 0360-5442. DOI: 10.1016/j.energy.2011.11.060
  • Модернизированный паросиловой цикл, работающий по абсорбционному принципу / В.В. Папин, Н.Н. Ефимов, Д.В. Добрыднев и др. // Промышленная энергетика. 2022. № 1. С. 18-27. DOI: 10.34831/EP.2022.30.50.003
  • Thermodynamic analysis and optimization of variable effect absorption refrigeration system using multiisland genetic algorithm / Ke Zhang, Haying Ma, Qingyang Li et al. // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 54435454. ISSN 2352-4847. DOI: 10.1016/j.egyr.2022.04.004
  • Абсорбционные преобразователи теплоты: моногр. / [А. В. Бараненко и др.]; Федер. агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования, С.-Петерб. гос. ун-т низкотемператур. и пищевых технологий. СПб.: С.-Петерб. гос. ун-т низкотемператур. и пищевых технологий, 2005. 337 с.
  • Organic Rankine cycle for power recovery of exhaust flue gas / C. Guo, X. Du, L. Yang, Y. Yang // Applied Thermal Engineering. 2015. Vol. 75. P. 135-144. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2014.09.080
  • A new combined cooling and power system based on ammonia-water absorption refrigeration cycle: Thermodynamic comparison and analysis / Jianyong Wang, Zhuan Liu, Haojin Wang, Xiaoqin Liu // Energy Conversion and Management. 2022. Vol. 270. P. 116262. ISSN 0196-8904. DOI: 10.1016/j.enconman.2022.116262
  • Морозюк Т.В. Теория холодильных машин и тепловых насосов. Одесса: Негоциант, 2006. 712 с.
  • Dixit M., Arora A., Kaushik S.C. Thermodynamic analysis of GAX and hybrid GAX aqua-ammonia vapor absorption refrigeration systems // International Journal of Hydrogen Energy. 2015. Vol. 40, iss. 46. P. 16256-16265. ISSN 0360-3199. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2015.09.048
  • Analysis of the Performance of a GAX Hybrid (Solar-LPG) Absorption Refrigeration System Operating with Temperatures from Solar Heating Sources / M.A. Barrera, R. Best, V.H. Gómez et al. // Energy Procedia. 2012. Vol. 30. P. 884-892. ISSN 1876-6102. DOI: 10.1016/j.egypro.2012.11.100
  • Zavaleta-Aguilar E.W., Simoes-Moreira J.R. Horizontal tube bundle falling film distiller for ammonia-water mixtures // International Journal of Refrigeration. 2015. Vol. 59. P. 304-316. ISSN 0140-7007. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2015.07.022
  • Chen X., Du S. Feasibility study on ammonia water absorption refrigeration cycle without distillation column // International Journal of Refrigeration. 2022. Vol. 143. P. 94-105. ISSN 0140-7007. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2022.06.034
  • Waghare P., Sathyabhama A. Performance analysis of ammonia-based vapour absorption refrigeration system // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 51, part 3. P. 1503-1509. ISSN 2214-7853. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.10.279
  • An improved absorption refrigeration system for recovering two waste heat with different temperatures: Parametric analysis and comparative study / Yin Bai, Ding Lu, Zijian Liu et al. // International Journal of Refrigeration. 2022. Vol. 133. P. 51-60. ISSN 0140-7007. DOI: 10.1016/j.ijrefrig.2021.10.019
Еще
Статья научная