Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы промышленной теплоэнергетики 13
1.1. Некоторые общие особенности теплоэнергетических технологий (получения и использования энергии) 13
1.2. Методы оценки эффективности технологий 22
1.3. Задачи исследования в области термодинамической эффективности теплоэнергетических технологий (ТЭТ)
2. Разработка методов оценки термодинамической эффективности теплоэнергетических технологий 33
2.1. Метод оценки по коэффициенту использования первичной эксергии
2.2. Метод оценки по условной экономии топлива в энергосистеме
2.3. Оценка по сроку окупаемости технологий 38
2.4. Выводы и рекомендации 40
3. Анализ термодинамической эффективности «простых» технологий «котел - потребитель тепловой энергии», в том числе - с дополнительными источниками 41
3.1. Теплоснабжение от парового (водогрейного) котла при различных условиях эксплуатации, модернизации и т.п 42
3.2. То же - с дополнительным внешним источником, в том числе - за счет возобновляемых источников энергии, тепловых насосов и др 49
3.3. Теплоснабжение от парового котла с подстройкой схемы паровым турбогенератором (паровая мини-ТЭЦ) 58
3.4. Газовые детандер-генераторные установки - оценка эффективности использования "2
3.5. Выводы и рекомендации 66
4. Анализ термодинамической эффективности комбинированных технологий «тепловой двигатель - паровой (водогрейный) котел» 68
4.1. ГТУ-электростанция без утилизационного котла
4.2. ГТУ-электростанция с утилизационным котлом для теплоснабжения
4.3. Параллельная работа для теплоснабжения ГТУ-ТЭЦ с утилизационным котлом и парового (водогрейного) котла .. 76
4.4. Параллельная работа для тепло- и электроснабжения ГТУ-ТЭЦ с утилизационным котлом и парового котла
с подстройкой схемы паровым турбоэлектрогенератором...
4.5. Выводы и рекомендации 2
5. Анализ термодинамической эффективности парогазовых технологий 83
5.1. Парогазовые установки ТЭС "
5.2. Промышленные парогазовые установки 89
5.3. Выводы и рекомендации 91
6. Сравнение теплоэнергетических технологий 92
6.1. По эффективности использования эксергии 92
6.2. По условному перерасходу топлива в энергосистеме 97
6.3. По сроку окупаемости 102
7. Рекомендации по использованию результатов и некоторые примеры использования (внедрения).. 106
Заключение 116
Список источников 117
- Задачи исследования в области термодинамической эффективности теплоэнергетических технологий (ТЭТ)
- Теплоснабжение от парового котла с подстройкой схемы паровым турбогенератором (паровая мини-ТЭЦ)
- Параллельная работа для теплоснабжения ГТУ-ТЭЦ с утилизационным котлом и парового (водогрейного) котла
- По условному перерасходу топлива в энергосистеме
Введение к работе
В настоящее время появление в промышленной теплоэнергетике различных комбинаций технологий требует оценки эффективности энергетических установок непосредственно как источников тепловой и электрической энергии еще до поступления их на рынок и особенно - оценки с единых позиций, что может быть сделано на основе эксергетического анализа.
В данной диссертационной работе разработан и применен термодинамический метод оценки эффективности теплоэнергетических технологий (в промышленной теплоэнергетике) по степени (коэффициенту) использования эксергии теплоты, получаемой при сжигании топлива, и как следствие, - по условной экономии (или перерасходу) топлива в энергосистеме, а также по сроку окупаемости, и показаны на этой основе широкие возможности комбинирования теплоэнергетических технологий (установок) для более эффективного использования топливных ресурсов. Это особенно важно на стадии принятия решений при выборе технологий, их комбинирования, модернизации и др. В число анализируемых включены практически все варианты применяемых на практике технологий, предлагаемых технологий и комбинированных технологий.
Работа выполнена на кафедре теплоэнергетики и гидромеханики Астраханского государственного технического университета и в Лаборатории нетрадиционной энергетики Отдела энергетики Поволжья СНЦ РАН (при АГТУ).
Автор выражает признательность научному руководителю к.т.н., профессору Покусаеву М.Н., зав. Лабораторией нетрадиционной энергетики д.т.н. Ильину А.К., зав. кафедрой теоретической и промышленной теплоэнергетики Воронежского ГТУ д.т.н. Фалееву В.В. за научное сотрудниче ство, директору Института проблем морских технологий, энергетики и транспорта АГТУ к.т.н. Кораблину А.В. за постоянную поддержку, сотрудникам кафедры теплоэнергетики и гидромеханики АГТУ за обсуждение основных аспектов работы, участникам конференций, проявившим интерес к представленным на них результатам автора.
Общая характеристика работы
Актуальность. На современном этапе развития энергетики все большее количество предприятий придерживаются децентрализованного принципа тепло- и электроснабжения. На стадии проектирования мини-ТЭЦ или при реконструкции уже существующих ТЭЦ используются новые технологии, такие как газотурбинные установки с УК, парогазовые установки, паровые турбогенераторы в котельных, детандер-генераторные агрегаты и т.д. Кроме того, идет привлечение низкопотенциальной тепловой энергии и возобновляемых источников энергии, путем комбинирования их с традиционными.
Существуют различные методы оценки эффективности теплоэнергетических технологий на основе различных коэффициентов, показателей и т.д., которые не всегда имеют ясный физический смысл и не сравнимы для технологий разных видов.
Одним из недостатков показателей эффективности является также то, что в них термодинамические потери, которые являются наибольшими, учитываются совместно с потерями механическими, гидро- и аэродинамическими, химическими, потерями через тепловую изоляцию, с затратами энергии на собственные нужды и др.
Тема диссертации актуальна, таким образом, вследствие необходимости адекватной оценки эффективности теплоэнергетических технологий, в том числе при их комбинировании.
Цель диссертационной работы. Разработать и применить термодинамический метод оценки эффективности теплоэнергетических технологий по степени (коэффициенту) использования эксергии теплоты, получаемой при сжигании топлива, и как следствие, - по условному перерасходу (экономии) топлива в энергосистеме и сроку окупаемости, и показать на этой основе широкие возможности комбинирования теплоэнергетических технологий (установок) для более эффективного использования топливных ресурсов, особенно на стадии принятия решений при выборе технологий, их комбинирования, модернизации и др.
Объект исследования. Традиционные и современные теплоэнергетические технологии, в основном - в промышленной теплоэнергетике, используемые как автономно, так и при их широком комбинировании, и, в том числе, совместно с низкопотенциальными и возобновляемыми источниками энергии.
Методика исследований. Основой исследований является термодинамический (эксергетический) анализ эффективности процессов преобразования тепловой энергии и определенное его развитие, а также использование при этом известных из литературы практических и экспериментальных данных с целью подтверждения результатов теоретического анализа.
Достоверность и обоснованность. Достоверность и обоснованность результатов обеспечивается использованием в теоретическом анализе базовых термодинамических положений и зависимостей, сравнением термодинамических характеристик эффективности использования первичной эксергии, рассчитанных по предложенным в работе зависимостям, с реальными параметрами конкретных технологий. Это позволяет также рекомендовать полученные результаты для практического использования.
Научная новизна результатов работы:
1. Определены параметры, от которых зависит эффективность современных комбинированных технологий при многократном комбинировании.
2. Получены зависимости, определяющие эффективность использования тепловой эксергии топлива для теплоэнергетических технологий, в том числе, с использованием возобновляемых источников энергии.
3. На основе метода оценки эффективности использования первичной эксергии показана недопустимость использования промышленных и отопительных котельных только для отопления.
4. Показано, что важным направлением более полного использования тепловой эксергии топлива является двух- и трехкратное комбинирование источников энергии разных видов, работающих в разных диапазонах располагаемой разности температур.
5. Предложены сводки расчетных формул для определения коэффициента эффективности использования эксергии, относительной экономии топлива, относительного срока окупаемости для всех рассмотренных комбинаций теплоэнергетических технологий. Технологии ранжированы по этим трем показателям.
6. Предложены для практического применения номограммы для определения суммарного коэффициента эффективности использования первичной эксергии для комбинированных схем использования источников энергии.
7. Предложены номограммы для конкретной оценки условного перерасхода (экономии) топлива в энергосистеме, как критерия оценки и сравнения термодинамической эффективности различных теплоэнергетических технологий и их комбинаций, и для оценки относительного срока окупаемости.
8. Даны практические выводы об эффективности использования всех рассмотренных в диссертационной работе теплоэнергетических технологий при различных параметрах их работы.
Практическая ценность работы состоит в возможности использования разработанных критериев и формул для выбора наивыгоднейших комбинаций теплоэнергетических технологий, параметров, областей рационального применения в условиях создания, в том числе, мини-ТЭЦ, реконструкции и технического перевооружения уже существующих промышленных энергоустановок.
Внедрение результатов работы, особенно при создании теплоэнергетических установок, повысит эффективность использования топлива в системах тепло- и электроснабжения, поможет проектным организациям и про мышленным предприятиям выбирать наиболее эффективные технологии, существующие в данный момент на энергетическом рынке.
Результаты работы частично использованы при разработке Программы энергосбережения Астраханской области на период 2000-2005 гг., при энергетическом аудите производства №3 Астраханского газоперерабатывающего завода, а также имели место 5 внедрений опубликованных результатов работы в следующих организациях: ООО «Астраханьрегион-газ», ОАО «ТЭЦ-Северная» г. Астрахани, ОАО «Дагэнерго», Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН. (Имеются справки об использовании результатов)
Предметом защиты являются следующие основные результаты работы, определяющие ее научную и практическую ценность.
1. Теоретические термодинамические зависимости для расчета коэффициента эффективности использования первичной эксергии, условного перерасхода топлива в энергосистеме и относительного срока окупаемости для рассмотренных в диссертационной работе комбинированных новых теплоэнергетических технологий.
2. Результаты анализа эффективности технологий в виде графических зависимостей при воздействии различных параметров комбинирования источников энергии и сопоставления основных из них с практическими данными.
3. Номограммы для практического определения суммарного коэффициента эффективности комбинированных технологий, условного перерасхода топлива при сравнении технологий и относительного срока окупаемости.
4. «Рейтинг» комбинированных теплоэнергетических технологий по разработанным параметрам эффективности.
5. Выводы и рекомендации по повышению эффективности для каждой из рассмотренных комбинированных теплоэнергетических технологий.
6. Результаты практического использования отдельных результатов работы.
Личный вклад автора. В диссертацию включены результаты, полученные лично автором, в том числе - с использованием консультаций научного руководителя.
Апробация работы. Результаты проведенной работы представлялись на ежегодных научных конференциях АГТУ (2001 - 2004 гг.), на семинарах кафедры теплоэнергетики и гидромеханики АГТУ. Основные положения работы также представлялись и докладывались: на 2-ой и 4-ой Всероссийских научных молодежных школах «Возобновляемые источники энергии» (Москва, МГУ, 2000, 2003), на Российских конференциях-выставках «Энергосбережение в регионах России» (Москва, ВВЦ, 2000, 2002), на Международном экологическом симпозиуме «Перспективы информационных технологий и проблемы управления рисками» (С.Петербург, МАНЭБ, 2000), Всероссийской конференции «Энерго- и ресурсосбережение, нетрадиционные возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, ЕГТУ, 2000), Международном семинаре «Проблемы энерго- и ресурсосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах» (Пенза, 2000), Международной конференции «Малая энергетика - 2002» (Москва, 2002), 3 - Международной конференции «Проблемы энергосбережения и жилищно-коммунальных комплексах» (Пенза, 2002), Региональной конференции «Энергосбережение и энергообеспечение на базе возобновляемых источников энергии и нетрадиционных технологий» (Волжский, ВФМЭИ, 2002), Всероссийских конференциях «Экологичность ресурсо- и энергосберегающих производств на предприятиях народного хозяйства» (Пенза, 2002, 2003), Международной конференции «Инновации в науке и образовании - 2003» (Калининград, КГТУ, 2003), 4 - Российской конференции «Эергосбережение в городском хо t зяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, УлГТУ, 2003), Международной конференции «Малая энергетика - 2003» (Обнинск, 2003), Международной конференции «Проблемы централизованного теплоснабжения» (Самара, СмГТУ, 2004), 5-Минском международном форуме по тепло- и массообмену (Минск, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 23 работы, в том числе - 4 отдельных издания, 2 свидетельства Роспатента на полезную модель, 2 в журналах по списку ВАК.
Задачи исследования в области термодинамической эффективности теплоэнергетических технологий (ТЭТ)
За последние 10-15 лет теплоэнергетические технологии в мире и, в том числе, в России получили определенное развитие, которое привело теплоэнергетику (и промышленную теплоэнергетику) в определенное состояние. Оно характеризуется следующими существенными особенностями (использованы источники [1-142 и др.]). 1. За этот период имело место стремление разработчиков к существенному повышению эффективности технологий и технических средств. 2. На уровне использования техники и теплоэнергетических технологий имели место также тенденция к модернизации действующих теплоэнергетических установок и устройств с целью повышения эффективности, к.п.д. и других показателей. 3. Достигнуты фактически предельные к.п.д. традиционной энергетической техники: - котлов на газовом топливе - до 0,95, - ДВС - до 0,44, - газотурбинных установок - до 0,35, - паротурбинных установок ТЭС и ТЭЦ - до 0,40. 4. Дальнейшее совершенствование парогазовых установок (ПГУ) произошло за счет повышения температуры газов перед газовой турбиной (пока предельное значение =1500 С), в результате чего достигнут к.п.д. 0,53-0,55. 5. На энергетическом рынке, особенно - российском, появился большой ассортимент энергетической техники, основанной как на потреблении органического топлива, так и на использовании нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии. 6. Появилось стремление потребителей к повышению эффективности топливоиспользования за счет комбинирования теплоэнергетических установок разного рода, создание мини-ТЭЦ на этой основе. 7. Важной особенностью научного сопровождения и обеспечения, создания и использования теплоэнергетической техники в последние годы является отсутствие новых подходов к оценке ее эффективности, особенно в случаях комбинирования установок, работающих на различных температурных уровнях. В качестве пояснения к п.2 приведем по литературным источникам рекомендуемые и применяющиеся в последние годы методы повышения эффективности теплоэнергетических технологий. Из этого перечня видно, что все методы дают вполне определенный положительный эффект, но в основном имеют, однако, непринципиальный характер и не могут считаться генеральным направлением развития теплоэнергетических технологий. Перевод промышленных паровых котлов различных типов в водогрейный режим работы. Перевод промышленных котельных в отопительный режим. Производство блок-модульных котельных. Установка турбогенераторов малой мощности в промышленных и жилищно-коммунальных котельных. Применение конденсационных теплоутилизаторов для водогрейных котлов с увлажнением дутьевого воздуха. Подача в зону горения котлов распыленной воды или пара при последовательном и параллельном соединении воздухоувлажнителя к конденсационному теплоутилизатору в целях снижения NOx в уходящих газах. Утилизация тепла отработавших газов газотурбинных установок (ГТУ) в теплоутилизационных установках для компрессионных станций магистральных газопроводах. Использование контактных теплообменников с активной насадкой для повышения к.п.д. тепловых установок (котлы и т.п.). Применение тепловых труб, работающих в гравитационном режиме, с целью совершенствования котлов. Перевод промышленных предприятий на теплоснабжение от собственной котельной. Оптимальное включение котлов в эксплуатацию для экономии топлива. Предварительная обработка коронным разрядом воздуха, подаваемого для горения, для повешения эффективности сжигания газообразных и жидких видов топлив. Увеличение эффективности теплофикационных турбин при увеличении расхода пара в ЦНД и пропуске через конденсатор захолаженной сетевой воды. Утилизация теряемого тепла с удаляемым из помещения воздухом с помощью ТН с вихревой трубой для системы воздушного отопления. Использование рассеянного низкотемпературного (5-30 С) природного или сбросного промышленного тепла для теплоснабжения с помощью тепловых насосов. Получение горячей воды для различных нужд с помощью абсорбционных бромистолитиевых тепловых насосов, а также для нагрева и охлаждения технологических сред в промышленности, энергетике и т.д. Повышение эффективности охлаждения воды в башенной градирне путем создания вихревой структуры течений потоков воздуха в ней. Замещение подогрева воздуха в воздухоподогревателе подогревом сетевой воды в теплофикационном экономайзере, включенном параллельно воздухоподогревателю. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии с применением ГТУ или ДВС в сочетании с действующими котельными. Создание и эксплуатация автоматизированных энергокомплексов, предназначенных для производства электроэнергии на базе блочных турбогенераторных установок с противодавлением. Модернизация котельных в мини-ТЭЦ на основе газотурбогенераторов. Создание малогабаритных цилиндрических пароводотрубных котлов с турбокомпрессором как прообраз парогазовой мини-ТЭЦ. Отбор тепла от котлов путем размещения поверхности нагрева (высокотемпературный теплофикационный экономайзер) перед воздухоподогревателем.
Теплоснабжение от парового котла с подстройкой схемы паровым турбогенератором (паровая мини-ТЭЦ)
Существует необходимость адекватной оценки эффективности ТЭТ, в том числе при их комбинировании.
Задача исследования заключается в разработке и применении термодинамического метода оценки эффективности теплоэнергетических технологий по степени (коэффициенту) использования первичной эксергии теплоты, получаемой при сжигании топлива и, как следствие, - оценка ТЭТ по условному перерасходу (экономии) топлива в энергосистеме и по относительному сроку окупаемости, а также показать на этой основе широкие возможности комбинирования теплоэнергетических технологий (установок) для более эффективного использования топливных ресурсов, особенно на стадии принятия решений при выборе технологий, их комбинирования, модернизации и т.п.
В промышленной и коммунальной теплоэнергетике, как правило, используются источники тепловой энергии (паровые и водогрейные котлы, высоко- и среднетемпературные системы утилизации теплоты уходящих газов котлов, печей, двигателей внутреннего сгорания, ГТУ и др.) температура и эксергия потоков рабочих веществ которых достаточно высоки. При этом эксергия первичного источника (тепловая эксергия топлива, сжигаемого в котле; эксергия греющего газа в системах утилизации) значительно превышает эксергию, которая требуется низкотемпературному потребителю, например - теплоты в теплоснабжении, отоплении, горячем водоснабжении. Значительная часть первичной эксергии вследствие этого теряется из-за необратимости процессов.
В данной работе предложен, разработан и использован метод оценки на основе коэффициента эффективности использования первичной эксергии источника тепловой энергии как отношение эксергии, необходимой для потребителя (на входе в потребитель при температуре Тп, например -в аппараты системы теплоснабжения), к эксергии теплоты, выделяющейся при сгорании топлива при теоретической температуре горения Тт (принята равной 2500 К для всех вариантов анализа). Этот коэффициент, таким образом, учитывает степень использования всей располагаемой эксергии в температурном интервале Тт - Тп в конкретных теплоэнергетических технологиях. Он принципиально отличается от эксергетического к.п.д. отдельных устройств, работающих в пределах какой-то части указанного интервала, например - эксергетического к.п.д. котла.
Очевидно, что oris, например, равен единице, если первичная эксер-гия источника равна эксергии на входе в систему потребления, что может иметь место в низкотемпературных системах утилизации теплоты. На основании общих термодинамических принципов можно получить основные зависимости для оценки эффективности использования первичной эксергии для различных схем тепло- и электроснабжения, что и является одной из задач данной работы. Если топливо сжигается, например, только для обеспечения эксергией и только одного потребителя с температурой Тп, то этот коэффициент равен где QH - теплота, выделяющаяся при сгорании топлива при Тт, Qn0T - все потери теплоты от момента сжигания топлива до входа в потребитель. Для различных технологий и схем их комбинирования выражение приобретает конкретные формы (см. ниже соответствующие разделы). Если тепловая эксергия топлива QH тт используется в тепловом двигателе для получения механической работы (чистой эксергии) WTfl, то в числитель (8) вместо (QH - Qnor) тп подставляется W-гд. Очевидно, что чем выше Тп, тем эффективнее используется первичная эксергия. Особенно важно использовать коэффициент эффективности (в том числе, с учетом технических и экономических факторов) при разработке и создании источников теплоты для конкретных потребителей. Наглядную иллюстрацию понятия о коэффициенте бт дает рис.6. Коэффициент использования располагаемой эксергии принципиально отличается от эксергетического к.п.д. энергетической установки, что хорошо видно на рис.7 на примере парового котла. Ниже в разделах диссертации приводятся результаты анализа по принятому методу различных ТЭТ и их комбинаций, отражающих различные варианты тепло- и электроснабжения, и включающих различные источники тепловой энергии, системы передачи энергии, потребители энергии и различные их комбинации. Приводятся необходимые расчетные формулы для коэффициента эффективности использования эксергии. Для всех вариантов приводятся также результаты расчетов для частных случаев, по которым можно предварительно судить об эффективности этих технологий и вариантов. Соответствующий анализ для конкретных реальных объектов должен, очевидно, выполняться отдельно.
Параллельная работа для теплоснабжения ГТУ-ТЭЦ с утилизационным котлом и парового (водогрейного) котла
Существует необходимость адекватной оценки эффективности ТЭТ, в том числе при их комбинировании.
Задача исследования заключается в разработке и применении термодинамического метода оценки эффективности теплоэнергетических технологий по степени (коэффициенту) использования первичной эксергии теплоты, получаемой при сжигании топлива и, как следствие, - оценка ТЭТ по условному перерасходу (экономии) топлива в энергосистеме и по относительному сроку окупаемости, а также показать на этой основе широкие возможности комбинирования теплоэнергетических технологий (установок) для более эффективного использования топливных ресурсов, особенно на стадии принятия решений при выборе технологий, их комбинирования, модернизации и т.п.
В промышленной и коммунальной теплоэнергетике, как правило, используются источники тепловой энергии (паровые и водогрейные котлы, высоко- и среднетемпературные системы утилизации теплоты уходящих газов котлов, печей, двигателей внутреннего сгорания, ГТУ и др.) температура и эксергия потоков рабочих веществ которых достаточно высоки. При этом эксергия первичного источника (тепловая эксергия топлива, сжигаемого в котле; эксергия греющего газа в системах утилизации) значительно превышает эксергию, которая требуется низкотемпературному потребителю, например - теплоты в теплоснабжении, отоплении, горячем водоснабжении. Значительная часть первичной эксергии вследствие этого теряется из-за необратимости процессов.
В данной работе предложен, разработан и использован метод оценки на основе коэффициента эффективности использования первичной эксергии источника тепловой энергии как отношение эксергии, необходимой для потребителя (на входе в потребитель при температуре Тп, например -в аппараты системы теплоснабжения), к эксергии теплоты, выделяющейся при сгорании топлива при теоретической температуре горения Тт (принята равной 2500 К для всех вариантов анализа). Этот коэффициент, таким образом, учитывает степень использования всей располагаемой эксергии в температурном интервале Тт - Тп в конкретных теплоэнергетических технологиях. Он принципиально отличается от эксергетического к.п.д. отдельных устройств, работающих в пределах какой-то части указанного интервала, например - эксергетического к.п.д. котла.
Очевидно, что oris, например, равен единице, если первичная эксер-гия источника равна эксергии на входе в систему потребления, что может иметь место в низкотемпературных системах утилизации теплоты. На основании общих термодинамических принципов можно получить основные зависимости для оценки эффективности использования первичной эксергии для различных схем тепло- и электроснабжения, что и является одной из задач данной работы. Если топливо сжигается, например, только для обеспечения эксергией и только одного потребителя с температурой Тп, то этот коэффициент равен где QH - теплота, выделяющаяся при сгорании топлива при Тт, Qn0T - все потери теплоты от момента сжигания топлива до входа в потребитель. Для различных технологий и схем их комбинирования выражение приобретает конкретные формы (см. ниже соответствующие разделы). Если тепловая эксергия топлива QH тт используется в тепловом двигателе для получения механической работы (чистой эксергии) WTfl, то в числитель (8) вместо (QH - Qnor) тп подставляется W-гд. Очевидно, что чем выше Тп, тем эффективнее используется первичная эксергия. Особенно важно использовать коэффициент эффективности (в том числе, с учетом технических и экономических факторов) при разработке и создании источников теплоты для конкретных потребителей. Наглядную иллюстрацию понятия о коэффициенте бт дает рис.6. Коэффициент использования располагаемой эксергии принципиально отличается от эксергетического к.п.д. энергетической установки, что хорошо видно на рис.7 на примере парового котла. Ниже в разделах диссертации приводятся результаты анализа по принятому методу различных ТЭТ и их комбинаций, отражающих различные варианты тепло- и электроснабжения, и включающих различные источники тепловой энергии, системы передачи энергии, потребители энергии и различные их комбинации. Приводятся необходимые расчетные формулы для коэффициента эффективности использования эксергии. Для всех вариантов приводятся также результаты расчетов для частных случаев, по которым можно предварительно судить об эффективности этих технологий и вариантов. Соответствующий анализ для конкретных реальных объектов должен, очевидно, выполняться отдельно.
По условному перерасходу топлива в энергосистеме
Коэффициент эффективности для рассматриваемой схемы получим также на основе положений п.2.1: \/тн = QTH / (B-QHP) - доля участия теплового насоса в общей системе теплоснабжения, р. - коэффициент преобразования энергии в тепловом насосе, QTH - тепловая мощность теплового насоса, В - расход топлива на котел при включении в схему теплонасосной установки, Ттн Тп, \i = QTH / Ьэл -коэффициент преобразования энергии в тепловом насосе, Ьэл - мощность привода теплового насоса.
Данную схему можно применять при рассмотрении следующих технологий: утилизация теплоты воздуха, удаляемого из помещения, с помощью тепловых насосов; использование низкопотенциальной тепловой энергии для теплоснабжения с помощью тепловых насосов; получение горячей воды с помощью абсорбционных бромистолитиевых тепловых насосов; использование тепловых сбросов промышленных предприятий, ТЭЦ и др. с использованием тепловых насосов; применение квартальных или районных теплонасосных установок (станций) для отопления и горячего водоснабжения; полное замещение (ликвидация) неэффективных котельных теплонасосными станциями теплоснабжения.
На рис. 15 представлены результаты расчетного анализа эффективности схемы с теплонасосной установкой для следующих условий: г\к = 0,95, тПОті = Лпот2 = 0,95, Тп = 423 К, Тта = 353 К,
Таким образом, при использовании теплонасосной установки в системе теплоснабжения как дополнительного источника тепловой энергии, коэффициент эффективности использования первичной эксергии существенно увеличивается, что говорит о целесообразности применения Паровая турбина (ПТ) позволяет получать в промышленных котельных кроме тепловой энергии дополнительно электрическую энергию. Турбина включается в тепловую схему котла так, что использует перепад давлений между давлением пара на выходе из котла и давлением, которое необходимо для работы систем отопления и для обеспечения технологических потребителей. Т.е. для получения электрической энергии используется та часть работоспособности (эксергии) пара, которая ранее не использовалась [27, 38, 42, 54, 88, 109, А5, А15].
Важные свойства мини-ТЭЦ с паровыми турбинами: не требуется отдельное помещение в связи с малыми размерами турбины, не создается проблем с шумом, нет каких-либо выбросов от ПТ, не требуется утилизация теплоты.
Создание и использование мини-ТЭЦ с ПТ рассматривается в настоящее время как одно из важных направлений развития промышленной и коммунальной теплоэнергетики в регионах. В "Концепции РАО "ЕЭС России" отмечено, как одно из направлений: "... реконструкция паровых котельных в ТЭЦ с установкой в них паровых турбин небольшой мощности, которые имеют высокую надежность и требуют минимальное количество обслуживающего персонала и небольших капиталовложений".
Для сравнения вариантов мини-ТЭЦ ниже приведена таблица с некоторыми характеристиками различных типов мини-ТЭЦ [А5].
