Высокоэффективная когенерационная энергоустановка с глубокой рекуперацией на основе воздушного цикла Брайтона

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2019.04.012
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 22, № 4, 2019 (декабрь)
Страницы 12-23

 

Авторы

А. В. Русанов, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: rusanov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-1345-7010

А. О. Костиков, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: kostikov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-6076-1942

А. Л. Шубенко, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0001-9014-1357

Д. Х. Харлампиди, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: kharlampidi@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-4337-6238

В. А. Тарасова, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), e-mail: vat523710@gmail.com, ORCID: 0000-0003-3252-7619

А. В. Сенецкий, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), ORCID: 0000-0001-8146-2562

 

Аннотация

На сегодняшний день актуальной научной проблемой является разработка высокоэффективных, экологически чистых маневренных когенерационных энергетических установок малой мощности с небольшими массогабаритными характеристиками, использующих в качестве топлива возобновляемые ресурсы. Потенциальными потребителями вырабатываемой энергии являются предприятия в удаленных от теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) и тепловых электростанций (ТЭС) населенных пунктах, куда подвести тепло и электросети от крупных энергообъектов затруднительно, а транспортные расходы по доставке топлива очень велики. Предложена концепция создания высокоэффективной когенерационной энергоустановки на базе газотурбинных технологий. Проведен термодинамический анализ воздушного, простого и использующего регенерацию циклов Брайтона, по результатам которого в широком диапазоне варьирования режимных параметров определены условия реализации цикла, обеспечивающие высокую энергетическую эффективность. Особенность предлагаемого схемного решения заключается в использовании воздуха в качестве рабочего тела в турбине для получения полезной мощности. При этом теплота выходящего из турбины воздуха используется в процессе горения в котле. Предлагаемая установка может использоваться с любым источником тепла. Ее основные преимущества по сравнению с традиционными газотурбинными установками следующие: энергетические преимущества – установка камеры сгорания твердотопливного котла за воздушной турбиной позволяет использовать тепло выходящего из воздушной турбины воздуха и тем самым уменьшить расход топлива в камере сгорания и соответственно увеличить коэффициент полезного действия; технологические преимущества – турбина работает на чистом воздухе и защищена от образования осадков на поверхности лопаток или их эрозии при использовании «грязного» рабочего тела, не требует применения внешних систем охлаждения турбины, что значительно упрощает её конструкцию; экологические преимущества – возможность работы установки на газе, получаемом в результате термической обработки твердых бытовых отходов. Кроме того, камера сгорания котла работает практически при атмосферном давлении с меньшим выбросом вредных веществ в атмосферу.

 

Ключевые слова: прямой цикл Брайтона, регенерация, воздушная турбина, когенерационная энергоустановка.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  1. Акшель В. А. Мини-ТЭЦ на базе микротурбинных установок. Новости теплоснабжения. 2009. № 2 (102). С. 28–33.
  2. Акшель В. А. Энергоцентры на базе микротурбинных установок. Энергосбережение. 2006. № 5. С. 73–77.
  3. Рассохин В. А., Забелин Н. А., Матвеев Ю. В. Основные направления развития микротурбинных технологий в России и за рубежом. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. 2011. № 4. С. 41–51.
  4. Мазуренко А. С., Денисова А. Е., Климчук А. А., Нго Минь Хиеу, Котов П. А. Эксергетические характеристики биогазовых установок. Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2014. № 1/8 (67). С. 7–12.
  5. Братута Э. Г., Семеней А. Р. Оценка эффективности использования пиролизного теплогенератора в схемах тепло и электроснабжения. Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2011. № 5 (87). С. 23–28.
  6. Сельницын А. С. Когенерационные газотурбинные установки на продуктах газификации твердых бытовых отходов. Политехнический молодежный журнал. 2018. № 1. С. 1–12.
  7. Чухин И. М. Техническая термодинамика. Ч. 2. / ГОУПВО. Иваново: Иванов. энерг. ун-т, 2008. 228 с.
  8. Цанев С. В., Буров В. Д., Пустовалов П. А. К вопросу о карнотизации цикла Брайтона энергетических газотурбинных установок. Энергосбережение и водоподготовка. 2010. № 6. С. 2–6.

 

Поступила в редакцию 25 ноября 2019 г.

Принята в печать