Исследование режимов работы схем с детандер-генераторными агрегатами на когенерационных котельных с газопоршневыми двигателями внутреннего сгорания
Автор: Губарев Василий Яковлевич, Арзамасцев Алексей Геннадьевич, Картель Александр Юрьевич
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Теплотехника
Статья в выпуске: 4 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
В статье рассмотрены режимы работы различных схем использования детандер-генераторных агрегатов на когенерационных котельных с газопоршневыми двигателями внутреннего сгорания. Показано, что при низких температурах воздуха в схеме с отсутствием предварительного подогрева газа могут выпадать кристаллогидраты в газопроводе после детандера. Для недопущения этого явления предложен режим с поддержанием более высокого выходного давления в детандере, чем минимально допустимое давление по условию недопущения образования кристаллогидратов. Показано, что при данном режиме уменьшится работа детандера. Проведен анализ влияния начальных параметров газа на величину работы детандера. Выявлено, что схема с подогревом газа перед детандером позволяет полностью реализовать располагаемый перепад давлений. Дополнительным преимуществом применения предварительного подогрева является увеличение удельной работы детандера за счет более высокой входной температуры газа. Показано, что при определенном значении температуры наружного воздуха в летний период использование подогрева газа может стать невыгодным из-за уменьшения коэффициента полезного действия двигателей внутреннего сгорания для схемы с подогревом. При более высоких температурах наружного воздуха предложен режим с отключением подогрева газа. Для когенерационной котельной с 3 газопоршневыми двигателями внутреннего сгорания проведен расчет годовой и среднемесячной экономии топлива от применения различных схем детандер-генераторных агрегатов по сравнению со схемой с дросселированием газа. Наибольший энергетический эффект от применения предварительного подогрева газа будет в зимний период, так как подогрев позволяет снять ограничения по величине выходного давления газа и тем самым полностью использовать располагаемый перепад давлений в детандере. Показано, что подогрев газа перед детандером до 100 °С позволяет увеличить годовую экономию топлива примерно в 1,4 раза по сравнению с использованием схемы с детандером без подогрева.
Детандер-генераторный агрегат, когенерационная котельная, удельная полезная работа, экономия топлива
Короткий адрес: https://sciup.org/147239560
IDR: 147239560 | DOI: 10.14529/power220409
Список литературы Исследование режимов работы схем с детандер-генераторными агрегатами на когенерационных котельных с газопоршневыми двигателями внутреннего сгорания
- Филипов С.П., Дильман М.Д. Перспективы использования когенерационных установок при реконструкции котельных // Промышленная энергетика. 2014. № 4. С. 7-11.
- Liu M., Shi Y., Fang F. Combined cooling heating and power systems: A survey renewable sustain // Energy Rev., 2014. Vol. 35. P. 1-2. DOI: 10.1016/j.rser.2014.03.054
- Mehdi T.J., Hasan R., Hossein A.A. Modeling turbo-expander systems // Simulation. 2013. Vol. 89, no. 2. P. 234-248.
- Zamfirescu C., Dincer I. Performance investigation of high-temperature heat pumps with various BZT working fluids // Thermochimica Acta. 2009. Vol. 488, iss. 1-2. P. 66-67. DOI: 10.1016/j.tca.2009.01.028
- Cinella P., Hercus S. Robust optimization of dense gas flows under untertrain operating conditions // Computers & Fluids. 2010. Vol. 39, iss. 10. P. 1893-1908. DOI: 10.1016/j.compfluid.2010.06.020
- Congedo P., Cinella P., Corre C. Shape optimization for dense gas flows in turbine cascades // Proceedings of ICCFD 4. 2006. P. 555-560. DOI: 10.1007/978-3-540-92779-2 87
- Мальханов О.В. К вопросу об энергосберегающей турбодетандерной установки на ГРС // Энергосбережение и водоподготовка. 2007. № 5. С. 27-28.
- Quoilin S., Lemort V., Lebrun J. Experimental study and modeling of an Organic Rankine Cycle using scroll expander // Applied Energy. 2010. Vol. 87 (4). P. 1260-1268. DOI: 10.1016/j.apenergy.2009.06.026
- Testing and modeling a scroll expander integrated into an Organic Rankine Cycle / V. Lemort, S. Quoilin, C. Cuevas, J. Lebrun // Applied Thermal Engineering. 2009. Vol. 29. P. 3094-3102. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2009.04.013
- Herron T., Petrerson R.B., Wang H. Performance of a small-scale regenerative Rankine power cycle employing a scroll expander // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2008. Vol. 222. P. 271-282. DOI: 10.1243/09576509jpe546
- Theoretical and experimental results of a mesoscale electric power generation system from pressurized gas flow / D. Krahenbuhl, C. Zwyssig, H. Weser, J.W. Kolar // IOP Publishing, Journal of Micromechanics and Microengineering. 2009. No. 19. P. 1-7. DOI: 10.1088/0960-1317/19/9/094009
- Огребков А.С., Жавроцкий С.В. Оценка эффективности производства электрической энергии при использовании силового потенциала топливного газа // Вестник Брянского государственного университета. 2013. № 4 (40). С. 77-86.
- Жигулина Е.В., Калинин Н.В., Хромченков В.Г. Эффективность подогрева природного газа при использовании детандер-генераторных агрегатов на тепловых электрических станциях // Новости теплоснабжения. 2010. № 2. С. 34-37.
- Корягин А.В., Соловьев Р.В. Установка детандер-генераторных агрегатов на ТЭЦ промышленных предприятий // Энергосбережение и водоподготовка. 2009. № 5. С. 34-35.
- Клименко А.В., Агабабов В.С., Борисова П.Н. Возможность производства холода и дополнительной электроэнергии на тепловой электростанции // Теплоэнергетика. 2017. № 6. С. 30-37. DOI: 10.1134/S0040363617060017
- Агабабов, В.С. К вопросу анализа эффективности использования турбодетандеров в схемах тепловых электростанций // Энергосбережение и водоподготовка. 2017. № 2 (106). С. 71-73.
- Клименко А.В., Агабабов В.С., Борисова П.Н., Петин С.Н. Термодинамическая эффективность использования детандер-генераторных агрегатов на станциях технологического уменьшения давления транспортируемого природного газа // Теплофизика и аэромеханика. 2017. Т. 24, № 6. С. 961-968.
- Оценка энергетической эффективности применения детандер-генераторных агрегатов в системах с комбинированным производством тепла и электроэнергии / В.Я. Губарев, А.Г. Арзамасцев, А.И. Шарапов, А.Ю. Картель // Проблемы региональной энергетики. 2018. № 3 (38). С. 93-101.
- Губарев В.Я., Арзамасцев А.Г., Картель А.Ю. Исследование особенностей применения детандер-генераторных агрегатов на когенерационных котельных с двигателями внутреннего сгорания // Вестник Череповецкого государственного университета. 2018. № 1 (82). С. 20-27. DOI: 10.23859/1994-0637-2018-1-82-2
- Quantification of thermodynamic uncertainties in real gas flows / L. Parussini., L. Pediroda, P. Congedo, P. Cinella // Int. J. Eng. Syst. Model Simul. 2010. Vol. 2, no. 1-2. P. 12-24. DOI: 10.1504/ijesms.2010.031867
