Аналіз теплофікаційної паротурбінної установки ТЕЦ за енергетичними та ексергетичними показниками

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2025.02.017
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 28, № 2, 2025 (червень)
Сторінки 17–26

 

Автор

А. О. Мазур, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: drussmazur@gmail.com, ORCID: 0000-0003-2864-4943

 

Анотація

Проаналізовано теплофікаційно-конденсаційну паротурбінну установку (ПТУ) потужністю 20 МВт, що складається з частин високого, середнього й низького тисків й експлуатується на одній з ТЕЦ м. Харків. Виходячи зі схеми, пар із двох теплофікаційних регульованих відборів подається на дві мережеві підігрівальні установки. У ході реконструкції ТЕЦ підігрівачі системи регенерації ПТУ було демонтовано у зв’язку з їх спрацюванням. На ТЕЦ було ухвалено рішення про акцентування на збільшенні теплофікації, тому нові підігрівачі високого тиску не встановлені. Крім того, замість градирні було вирішено в охолоджувальному контурі конденсатору використовувати воду з мережі, яка йде на гаряче водопостачання. У статті проведено аналітичний огляд теплової схеми теплофікаційної ПТУ за енергетичними й ексергетичними показниками, що дозволило визначити елементи з високою ексергетичною вартістю, що є показником їх ефективності. Під час аналізу варіантів теплової схеми ПТУ складено аналітичні таблиці з ексергетичними параметрами вихідної схеми поелементно й аналітичні графіки. Відповідно до ексергетичного аналізу найбільша ексергетична вартість спостерігається в енергетичному котлі, але, як відомо, її можна знизити шляхом зменшення деструкції ексергії в інших елементах. З огляду на вказане як елемент із найбільшим потенціалом підвищення ефективності ПТУ обрано мережевий підігрівач, що обігрівається парою високого тиску з першого відбору частини середнього тиску. Відповідно, другим елементом обрано перший мережевий підігрівач, який обігрівається парою низького тиску з другого відбору частини низького тиску. Розглянуто варіанти теплової схеми ПТУ, в яких варіювалися параметри пари у відборах турбіни (тиск, витрата). Показано, що при зниженні тиску й зменшенні витрати пари у першому відборі, а також зниженні тиску пари й підвищенні витрати пари у другому відборі вартість ексергетичних потоків у мережевих підігрівачах знижується майже на 5 %, ексергетичний коефіцієнт корисної дії (ККД) ПТУ підвищується на 2%, а електричний ККД установки зростає на 2,16% відносно вихідної схеми.

 

Ключові слова: ексергія, паротурбінна установка, ексергетична вартість, ефективність, ТЕЦ.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Kostikov A. O., Shubenko O. L., Tarasova V. O., Yakovliev V. A., Mazur A. O. Ways of TPP power units modernization during their conversion to ultra-supercritical steam parameters. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2023. Vol. 26. No. 4. P. 6–16. https://doi.org/10.15407/pmach2023.04.006.
  2. Shubenko A., Babak M., Senetskyi O., Tarasova V., Goloshchapov V., Senetska D. Economic assessment of the modernization perspectives of a steam turbine power unit to the ultra-supercritical operation conditions. International Journal of Energy Research. 2022. Vol. 46. Iss. 15. P. 25530–25537. https://doi.org/10.1002/er.8650.
  3. Mrzljak V., Poljak I., Medica-Viola V. Dual fuel consumption and efficiency of marine steam generators for the propulsion of LNG carrier. Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 119. P. 331–346. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.03.078.
  4. Mrzljak V., Prpic-Orsic J., Baressi Šegota S., Poljak I. Energy analysis of main and auxiliary steam turbine from coal fired power plant. Proceedings of VIII International Scientific Conference “High Technologies. Business. Society 2023” (Borovets, Bulgaria, 16–18 March 2023). 2023. P. 15–18.
  5. Medica-Viola V., Baressi Šegota S., Mrzljak V., Štifanić D. Comparison of conventional and heat balance based energy analyses of steam turbine. Pomorstvo. 2020. Vol. 34. No. 1. P. 74–85. https://doi.org/10.31217/p.34.1.9.
  6. Rusanov A. V., Kostikov A. O., Tarasova V. O., Rusanov R. A., Tretiak S. P. The concept of creating a maneuverable power plant based on a small modular reactor. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024. No. 5. P. 37–44. https://doi.org/10.33271/nvngu/2024-5/037.
  7. Bejan A., Tsatsaronis G. Purpose in thermodynamics. Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 2. Article 408. https://doi.org/10.3390/en14020408.
  8. Kostikov A., Tarasova V., Kuznetsov M., Satayev M., Kharlampidi D. Thermoeconomical optimization of a regenerative air turbine cogeneration system. Journal of Thermal Engineering. 2021. Vol. 7. Iss. 7. P. 1719–1730. https://doi.org/10.18186/thermal.1025958.
  9. Kuznetsov M., Kharlampidi D., Tarasova V. Exergy analysis of a cogeneration system for utilization of waste heat of industrial enterprises. Technology audit and production reserves. 2019. Vol. 5. No. 1 (49). P. 10–21. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.183883.
  10. Sharew S. S., Di Pretoro A., Yimam A., Negny S., Montastruc L. Combining exergy and pinch analysis for the operating mode optimization of a steam turbine cogeneration plant in Wonji-Shoa, Ethiopia. Entropy. 2024. Vol. 26. Iss. 6. Article 453. https://doi.org/10.3390/e26060453.
  11. Mazur A., Tarasova V., Kuznetsov M., Kostikov A. Development of a steam turbine rational thermal scheme for a small modular reactor power plant. 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek): Proceedings of the conference, Kharkiv, Ukraine, October 2–6, 2023. IEEE, 2023. P. 141–146. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61412.2023.10312922.
  12. Pina E. A., Lozano M. A., Serra L. M. Thermoeconomic cost allocation in simple trigeneration systems including thermal energy storage. Energy. 2018. Vol. 153. P. 170–184. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.04.012.

 

Надійшла до редакції 17.03.2025

Прийнята 15.04.2025