Високоефективна когенераційна енергоустановка з глибокою рекуперацією на основі повітряного циклу Брайтона

Автори

А. В. Русанов, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: rusanov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-1345-7010

А. О. Костіков, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: kostikov@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0001-6076-1942

О. Л. Шубенко, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0001-9014-1357

Д. Х. Харлампіді, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: kharlampidi@ipmach.kharkov.ua, ORCID: 0000-0003-4337-6238

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

О. В. Сенецький, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), ORCID: 0000-0001-8146-2562

Анотація

На сьогодні актуальною науковою проблемою є розробка високоефективних, екологічно чистих маневрених когенераційних енергетичних установок малої потужності з невеликими масогабаритними характеристиками, що використовують як паливо поновлювані ресурси. Потенційними споживачами енергії, що виробляється, є підприємства у віддалених від теплоелектроцентралей (ТЕЦ) і теплових електростанцій (ТЕС) населених пунктах, куди підвести тепло і електромережі від великих енергооб’єктів важко, а транспортні витрати з доставки палива дуже великі. Запропоновано концепцію створення високоефективної когенераційної енергоустановки на базі газотурбінних технологій. Проведено термодинамічний аналіз повітряного, простого і такого, що використовує регенерацію, циклів Брайтона, за результатами якого в широкому діапазоні варіювання режимних параметрів визначені умови реалізації циклу, які забезпечують високу енергетичну ефективність. Особливість запропонованого схемного розв’язку полягає у використанні повітря як робочого тіла в турбіні для отримання корисної потужності. За таких умов теплота повітря, що виходить з турбіни, використовується в процесі горіння в котлі. Установка, що пропонується, може використовуватися з будь-яким джерелом тепла. Її основні переваги порівняно з традиційними газотурбінними установками такі: енергетичні переваги – установка камери згоряння твердопаливного котла за повітряною турбіною дозволяє використовувати тепло повітря, що виходить з повітряної турбіни, і тим самим зменшити витрату палива в камері згоряння та відповідно збільшити коефіцієнт корисної дії; технологічні переваги – турбіна працює на чистому повітрі і захищена від утворення осадів на поверхні лопаток або їх ерозії при використанні «брудного» робочого тіла, не потребує застосування зовнішніх систем охолодження турбіни, що значно спрощує її конструкцію; екологічні переваги – можливість роботи установки на газі, що отримується в результаті термічної обробки твердих побутових відходів. Крім того, камера згоряння котла працює практично за атмосферного тиску з меншим викидом шкідливих речовин в атмосферу.

Ключові слова: прямий цикл Брайтона, регенерація, повітряна турбіна, когенераційна енергоустановка.

Література

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.

Надійшла до редакції 25 листопада 2019 р.