Введение к работе
Актуальность проблемы.
Системы охлаждения технических масел относятся к вспомогательным объектам компрессорных станций и когенерационных установок, но, тем не менее, являются ответственными элементами их функционирования. От эффективности и надёжности их работы напрямую зависит надёжность работы основного оборудования - компрессоров и тепловых двигателей, а значит и источника теплоэнергоснабжения в целом. Перегрев технических масел является одной из наиболее распространенных причин внезапной остановки турбин и компрессоров, что приводит к значительным финансовым потерям, связанным с проведением внеплановых работ по устранению причин остановки, недопоставками энергоносителей потребителям, выплатой штрафов и т.д. Сами системы маслоохлаждения являются потребителями электроэнергии и охлаждающей воды, а вся теплота масла посредством оборотного водоснабжения сбрасывается в атмосферу. Привязка к водооборотным системам ставит эффективность систем охлаждения масел в зависимость от сезонности, а также от степени чистоты теплопередающих поверхностей, и в первую очередь со стороны воды. Загрязнение поверхностей в теплообменниках-маслоохладителях и недоохлаждение воды в градирнях в летний, наиболее теплонапряженный период работы являются основными причинами недоохлаждения технических масел.
Решить данную проблему позволяет переход к замкнутым системам охлаждения технических масел, что позволяет исключить их зависимость от внешних условий эксплуатации, а также создает условия для эффективной утилизации теплоты охлаждаемого масла. Однако, в связи с тем, что температура вторичных энергоресурсов (ВЭР) в рассматриваемых системах не превышает 40 С, его использование на таком низком уровне обычно не представляется возможным. Трансформация теплоты ВЭР на более высокий уровень посредством теплонасосных установок (ТНУ) позволяет снять это ограничение, однако приводит к необходимости дополнительных затрат электроэнергии. Кроме того, системы утилизации теплоты низкопотенциальных ВЭР обычно имеют несколько конкурирующих вариантов решения, поэтому поиск наиболее эффективных вариантов их организации по структуре и параметрам требует привлечения методов системного анализа.
Цель работы
Повышение энергетической и термодинамической эффективности систем охлаждения технических масел на основе трансформации теплоты ВЭР охлаждаемого масла в ТНУ с последующим эффективным использованием вторичного энергоресурса с более высоким потенциалом в энерготехнологических комплексах компрессорных станций и когенерационных установок.
Объекты исследования
Системы охлаждения технических масел, входящие в состав компрессорных станций и когенерационных установок, применяемых в
промышленности и теплоэнергетике, а также энергокомплексы данных источников теплоэнергоснабжения. Задачи исследования
Провести анализ затрат энергоресурсов и теплогидравлической эффективности традиционных систем охлаждения технических масел с учетом реальных условий их эксплуатации и осуществить систематизацию факторов, оказывающих влияние на уровень производимых энергозатрат и эффективность процесса охлаждения масел.
На основе методологии системного анализа исследовать возможность включения в состав энергокомплексов компрессорных станций (КС) и когенерационных установок (мини-ТЭЦ) теплонасосных систем охлаждения технических масел, а также подсистем утилизации теплоты ВЭР охлаждаемого масла и разработать более совершенные схемные предложения.
Провести сравнительный анализ показателей энергетической, термодинамической, технико-экономической эффективности разработанных энер го комплексов и исходных.
Научная новизна
1. Впервые осуществлена систематизация факторов, оказывающих
влияние на уровень энергозатрат и показатели эффективности традиционных
систем охлаждения технических масел в условиях сезонного колебания
температур охлаждающей воды и наличия загрязнений теплообменных
поверхностей маслоохладителей.
Впервые проведены исследования энергокомплексов компрессорной станции и мини-ТЭЦ на основе методологии системного анализа и синтеза энергоэффективных сложно-структурированных теплоэнергетических объектов.
Разработан метод многовариантного структурного моделирования мини-ТЭЦ в ходе включения в ее состав теплонасосной системы охлаждения турбинного масла и подсистем утилизации теплоты ВЭР введением фиктивных узлов управления потоками.
Достоверность.
Научные положения, выводы и рекомендации, представленные в работе, базируются на фундаментальных законах технической термодинамики, гидрогазодинамики и теплообмена, на апробированных методиках системных исследований в теплоэнергетике и промышленных теплотехнологиях, методиках расчета теплообменного оборудования, теплонасосных установок, технологического оборудования компрессорных станций и когенерационных установок, комбинированных систем производства тепловой и электрической энергии.
Практическая ценность.
1. Разработанная методика сравнительного анализа
теплогидравлической эффективности систем охлаждения технических масел с учетом реальных условий их эксплуатации позволяет более эффективно разрабатывать новые и совершенствовать действующие системы охлаждения технических масел.
Предложенные технические решения по организации замкнутых теплонасосных систем охлаждения технических масел на компрессорных станциях и мини-ТЭЦ обеспечивают необходимый режим утилизации низкопотенциальных ВЭР и позволяют сократить тепловые выбросы в атмосферу в размере 1,5-2 МВт тепловой мощности на 100 МВТ установленной электрической мощности.
Результаты работы были использованы при модернизации систем охлаждения турбинных масел на филиалах ОАО ТГК-16 Нижнекамская ТЭЦ-1 и Казанская ТЭЦ-3, ОАО «Казэнерго».
Работа выполнялась по координационным планам в рамках приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Энергосберегающие технологии» и «Энергосбережение» Республики Татарстан.
Автор выносит на защиту
Методику сравнительного анализа теплогидравлической эффективности маслоохладителей с учетом реальных условий их эксплуатации и результаты, полученные на ее основе.
Результаты реализации методологии системного анализа и синтеза термодинамически эффективных утилизационных систем, включаемых в состав компрессорных станций и мини-ТЭЦ.
Технические решения по включению утилизационных теплонасосных систем охлаждения технических масел в структуру компрессорных станций и мини-ТЭЦ на базе производственных котельных.
Апробация работы
Основные положения работы и отдельные результаты диссертации представлены на 4-х международных и 2-х вузовских конференциях: Четвертой международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (Вологда 2008); Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва 2008); XV Международная научно-практическая конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» СТТ 2009 (Томск, 2009).
Публикации.
Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, из них 2 - статьи в центральных журналах, входящих в перечень ВАК по специальности 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка библиографических источников. Общий объем диссертации 163 стр., в том числе 145 стр. текста, 66 рисунков, 16 таблиц. Список библиографических источников содержит 126 наименований.
