Оптимальна теплова потужність абсорбційного теплового насосу з паровим обігрівом, що інтегрований в парову турбіну ПТ-60/70-130/13

image_print
DOI
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 27, № 4, 2024 (грудень)
Сторінки 60–73

 

Автори

О. Л. Шубенко, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: shuben@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-9014-1357

В. О. Тарасова, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: vat523710@gmail.com, ORCID: 0000-0003-3252-7619

М. Ю. Бабак, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: Bab67Nik@gmail.com, ORCID: 0000-0002-4281-2790

О. Ю. Бояршинов, Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Комунальників, 2/10), e-mail: aleksey.boiarshynov@gmail.com, ORCID: 0000-0003-3412-3212

 

Анотація

Сформульована і вирішена задача з визначення оптимальної теплової потужності абсорбційного бромісто-літієвого теплового насоса (АБТН) з паровим обігрівом, інтегрованого в теплову схему парової турбіни ПТ-60/70-130/13 при роботі на режимі з незначним відкриттям поворотної регулюючої діафрагми. Турбоустановка відпускала пару користувачам і забезпечувала теплопостачання за графіком 150 / 70 ºС. Характеристики АБТН моделювалися з використанням апроксимаційних залежностей, заснованих на характеристиках виробників термотрансформаторів. АБТН обігрівався парою з виробничого відбору турбіни після парової гвинтової машини, встановленої для енергозбереження. Загальна оптимізаційна задача з функцією цілі зміни місячних витрат палива після інтеграції АБТН, виходячи з середньомісячної температури зовнішнього повітря в опалювальному сезоні в Україні, розбивалася на 6 допоміжних оптимізаційних задач. Параметрами управління цих задач виступали: теплова потужність АБТН, тиск пари у конденсаторі турбіни і на вході у тепловий насос, витрата пари в голову турбіни. Дана задача вирішувалася методом покоординатного спуску. Досліджувалися режими з витратами пари у виробничий відбір турбіни споживачам: 15, 30 і 45 т/год. (з параметрами: 1,296 МПа, 280 ºС) і сітьової води: 1600, 1650 і 1700 м3/год. Їх особливість – забезпечення «корисної» генерації в об’ємах, що відповідають роботі ПТ-60/70-130/13 без АБТН із закритою поворотною діафрагмою. Для всіх розглянутих варіантів навантаження турбіни оптимальна потужність інтегрованого АБТН визначена в 20 МВт. За опалювальний період ПТ-60/70-130/13 з АБТН 20 МВт при роботі на режимі, близькому до теплового навантаження при менших за досліджені витрати виробничої пари та сітьової води, дозволяє зекономити: палива ~3.5%, пом’якшеної води 8.5%, технічної води 79.9%, а також дає помітний екологічний ефект за рахунок зменшення шкідливих викидів до атмосфери. Попередній строк окупності АБТН близький до 3 років. Відзначається, що варіант роботи інтегрованої турбіни з частково відкритою регулюючою діафрагмою за наявних цін на паливо та електроенергію програє по економічних показниках варіанту із закритою діафрагмою.

 

Ключові слова: енергозбереження, абсорбційний тепловий насос, теплова схема парової турбіни.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Романюк В. Н., Бобич А. А., Муслина Д. Б., Бубырь Т. В., Малков С. В. Абсорбционные тепловые насосы в теплоэнергетических системах промышленных предприятий для снижения энергетических и финансовых затрат. Энергия и менеджмент. 2013. № 1 (70). С. 14–19.
  2. Романюк В. Н., Бобич А. А. Обоснование параметров АБТН для утилизации ВЭР на ТЭЦ с помощью пассивного эксперимента и определение соответствующих изменений различных оценок работы энергосистемы. Энергия и менеджмент. 2016. № 1 (88). С. 14–23.
  3. Романюк В. Н., Седнин В. А., Бобич А. А., Бубырь Т. И., Бойко Е. Г. Время применения абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов на промышленных предприятиях Беларуси. Энергоэффективность. 2017. № 4. С. 12–14.
  4. Blazek H., Barnick M. LiBr absorption heat pumps: Optimizing district heating systems and waste heat usage. Interreg Central Europe Entrain: presentation of conference (November 23, 2021, Vein, Austria). [Electronic resource]. 2021. 19 p. URL: https://programme2014-20.interreg-central.eu/Content.Node/ENTRAIN/ENTRAIN-TT5-Absorption-heat-pumps-and-waste-heat.pdf.
  5. Lithium bromide absorption heat pump. Shuangliang Eco-Energy Systems Co., Ltd.: official site. 2024. 3 р. http://sl-ecoenergy.com/1-5-lithium-bromide-absorption-heat-pump/163320/.
  6. Absorption heat pump/water chilling unit energy-saving reconstruction project of Cangzhou Huarun Thermal Power Plant (Tongfang Artificial Environment Co., Ltd). Tsinghua Holdings Co., Ltd.: official site, 2016. 1 р. http://en.thholding.com.cn/2016-08/03/c_54899.htm.
  7. Опыт использования бромисто-литиевых тепловых насосов в Южной Корее и Китайской Народной Республике. ЗАО Компания «Сервис тепло и хладооборудования»: официальный сайт. 2018. 3 с. https://broad-ctx.by/stati/opyt-ispolzovaniya-abtn-v-koree-i-kitae.
  8. Cers A., Turlajs D., Zeltinsh N. Recovery of the waste heat by large capacity heat pumps for Riga city district heating system. Modern Science: Researches, ideas, results, technologies. 2013. Vol. 4. No. 2. P. 38–43.
  9. Рудченко А. В., Кочемазов И. В., Дух А. П. Оцениваем экономический эффект самого мощного теплового насоса Беларуси. Энергоэффективность. 2018. № 4. С. 25.
  10. Geyer R., Hangartner D., Lindahl M., Pedersen S. V., Betz M. IEA heat pumping technologies. Annex 47. Heat pumps in district heating and cooling systems. Task 2: Demonstration projects. International Energy Agency, Paris: official site. 2019. 6 p. https://heatpumpingtechnologies.org/annex47/wp-content/uploads/sites/54/2019/07/task-2-summary-report.pdf.
  11. Чиркин Н. Б., Кузнецов М. А., Шерстов Е. В., Стенников В. Н. Потенциальная возможность и техническая рациональность применения теплонасосных технологий при комбинированном производстве электрической и тепловой энергии. Проблемы машиностроения. 2014. Т. 17. № 1. С. 11−20.
  12. Xu Z. Y., Mao H. C., Liu D. S., Wang R. Z. Waste heat recovery of power plant with large scale serial absorption heat pumps. Energy. 2018. Vol. 165. Part B. P. 1097–1105. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.052.
  13. Zhang L., Zhang Y., Zhou L., Zhijun E., Wang K., Wang Z., Li G., Qu B. Research of waste heat energy efficiency for absorption heat pump recycling thermal power plant circulating water. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 121. Iss. 4. Article 042005. https://doi.org/10.1088/1755-1315/121/4/042005.
  14. Zhang H., Zhao H., Li Z., Hu E. Optimization potentials for the waste heat recovery of a gas-steam combined cycle power plant based on absorption heat pump. Journal of Thermal Science. 2019. Vol. 28. P. 283–293. https://doi.org/10.1007/s11630-018-1055-7.
  15. Ma C., Ren J., Li F., Hou X., Feng H., Zhang X. Energy saving analysis of circulating water waste heat recovery from water source heat pump. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 295. Article 052016. https://doi.org/10.1088/1755-1315/295/5/052016.
  16. Wang J., Liu W., Liu G., Sun W., Li G., Qiu B. Theoretical design and analysis of the waste heat recovery system of turbine exhaust steam using an absorption heat pump for heating supply. Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 23. Article 6256. https://doi.org/10.3390/en13236256.
  17. Xu Z. Y., Gao J. T., Mao H. C., Liu D. S., Wang R. Z. Double-section absorption heat pump for the deep recovery of low-grade waste heat. Energy Conversion and Management. 2020. Vol. 220. Article 113072. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113072.
  18. Wang Z., Shen H., Gu Q., Wen D., Liu G., Gao W., Ren J. Economic analysis of heat pump recovery system for circulating water waste heat in power plant. E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 256. Article 02011. 4 p. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202125602011.
  19. Редько А. О., Редько I. О., Павловський С. В., Бурда Ю. О., Півненко Ю. О, Алфьоров С. О. Застосування абсорбційного теплового насоса в умовах наявної теплоелектроцентралі. Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. 2020. Т. 34. С. 57−62. https://doi.org/10.32347/2409-2606.2020.34.57-62.
  20. Шубенко О. Л., Усатий О. П., Бабак М. Ю., Форкун Я. Б., Сенецький О. В. Визначення оптимальної потужності абсорбційного теплового насосу при інтеграції до теплової схеми ПТ-60/70-130/13. Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Гідравлічні машини та гідроагрегати. 2023. № 2. С. 4–15. https://doi.org/10.20998/2411-3441.2023.2.01.
  21. Shubenko O. L., Babak M. Yu., Senetskyi O. V. Approximation mathematical model of an absorption heat pump with steam heating for integration in the steam turbine thermal scheme. Science and Innovation. 2024. Vol. 20. No. 1. P. 35–48. https://doi.org/10.15407/scine20.01.035.
  22. Shubenko O., Babak M., Senetskyi O., Forkun Ya. Energy saving during the interheating period with the integration of a steam heated absorption heat pump to the thermal scheme of the steam turbine PT-60/70-130/13. Energetika. 2023. Vol. 69. No. 1. P. 36–48. https://doi.org/10.6001/energetika.2023.69.1.3.
  23. Типовая нормативная характеристика турбоагрегата ПТ-60-1 30-13 ЛМЗ РД 34.30.711. М.: Специализированный центр научно-технической информации ОРГРЭС, 1975. 36 c.
  24. Арсеньєв В. М., Мелейчук С. С. Теплові насоси: основи теорії і розрахунку: навчальний посібник. Суми: Сумський державний університет, 2018. 364 с.
  25. Broad absorption heat pump: electronic catalog. BROAD Air Conditioning, 2016. 12 р. http://en.broad.com/Storage/Largedownloads/enydfdrb.pdf.
  26. Абсорбционные бромисто-литиевые тепловые насосы Теплосибмаш [Электронный ресурс]. ООО СКБ «Теплосибмаш»: официальный сайт. 2018. http://www.teplosibmash.ru/catalog.
  27. Маляренко В. А., Шубенко О. Л., Андрєєв С. Ю., Бабак М. Ю., Сенецький О. В. Когенераційні технології в малій енергетиці. Харків: Харківський національний університет міського господарства ім. О. М. Бекетова, 2018. 433 с.
  28. Тепловые насосы в современной промышленности и коммунальной инфраструктуре. Информационно-методическое издание. М.: Издательство «Перо», 2016. 204 с.

 

Надійшла до редакції 01.09.2024