Improving the efficiency of steam-turbine plants of different capacities

Authors

  • Олександр Леонідович Шубенко A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine Dm. Pozharsky st. 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9014-1357
  • Олександр Володимирович Сенецький A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine Dm. Pozharsky st. 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-8146-2562
  • Ольга Анатоліївна Бабенко A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine Dm. Pozharsky st. 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-7587-8470

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.23387

Keywords:

energy efficiency, turbine plant, optimization, thermal circuit, power unit, network heater, operation mode, thermal load, electric capacity

Abstract

Important scientific and technical problem of increasing operational efficiency of steam-turbine plants by developing new technologies for solving problems of efficient distribution of thermal and electrical loads between turbines and network heaters of cogeneration turbines during the heating period is solved in the paper.

The scientific principles and methods for solving problems of both the analysis of power plant states, and their synthesis (optimization), taking into account a large number of factors, affecting the indicators of thermal circuit elements in their interaction, thus providing modeling of energy systems of different configurations with the ability to include new elements are developed.

Additional modules of mathematical model and software-computer complex for calculating thermal circuits to implement energy-saving measures are developed and introduced. Formulation and solution of the problem of determining rational operation modes of thermal circuits of low-capacity steam-turbine plants (confirmed by implementation acts) is first performed. For power units of industrial enterprises, expediency of building steam-turbine plants up the power steam boilers (confirmed by implementation acts) is shown. The optimum modes of heat output from cogeneration turbines T-100/120-130 and T-250/300-240 (confirmed by implementation acts) are determined.

The obtained results have shown the feasibility of solving the energy-saving optimization problems through generating additional electric power from CHP turbine plants. To solve this problem, new methods, which allow to propose measures on saving fuel and energy resources without additional capital investment, are used.

Author Biographies

Олександр Леонідович Шубенко, A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine Dm. Pozharsky st. 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046

Professor

Department of Optimization of Processes and Designs of Turbo Machines

Олександр Володимирович Сенецький, A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine Dm. Pozharsky st. 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046

Candidate of Technical Sciences

Department of Optimization of Processes and Designs of Turbo Machines

Ольга Анатоліївна Бабенко, A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine Dm. Pozharsky st. 2/10, Kharkiv, Ukraine, 61046

Candidate of Technical Sciences

Department of Optimization of Processes and Designs of Turbo Machines

References

  1. Шубенко, А. Л. Когенерационные технологии в энергетике на основе применения паровых турбин малой мощности [Текст] / А. Л. Шубенко, В. А. Маляренко, А. В. Сенецкий, Н. Ю. Бабак. – НАН Украины, Институт проблем машиностроения. – Харьков, 2014. – 320 с.
  2. Мацевитый, Ю. М. Повышение энергоэффективности работы турбоустановок ТЭС и ТЭЦ путем модернизации, реконструкции и совершенствования режимов их эксплуатации [Текст] / Ю. М. Мацевитый, Н. Г. Шульженко, В. Н. Голощапов и др. – К.: Наукова думка, 2008. – 366 с.
  3. Трухний, А. Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: Учебное пособие для вузов [Текст] / А. Д. Трухний, Б. В. Ломакин. – М.: МЭИ, 2006. – 540 с.
  4. Султанов, М. М. Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ по энергетической эффективности [Текст] : Итоги диссер. иссл. / М. М. Султанов // Труды II Всероссийского конкурса молодых ученых. М.: РАН, 2010. – С. 23–29.
  5. Клер, А. М. Оптимизация режимов работы ТЭЦ с использованием быстродействующих математических моделей теплофикационных паровых турбин [Текст] / А. М. Клер, А. С. Максимов, Е. Л. Степанова // Теплофизика и аэромеханика. – 2006. – Т. 13, № 1 – С. 15–167.
  6. Андрюшин, А. В. Алгоритм распределения нагрузок ТЭЦ со сложными составом, схемами отпуска тепла и электроэнергии [Текст] : тр. Всерос. науч.-прак. конф. / А. В. Андрюшин, В. А. Макарчьян, А. Н. Черняев // Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем. М.: МЭИ. – 2010. – Т. 1. – С. 33–35.
  7. Lugand, P. Advantages of steam-gas combined cycle power plants [Text] / P. Lugand, J. Paren // Alsthom Rev. – 1989. – № 13. – Р. 3–18.
  8. De Biasi, V. Cascade waste heat recovery for gas turbine power and efficiency [Electronic resource] / V. De Biasi // Gaz Turbine World, 2008. – P. 22–25. – Official website of WOW Energy. – Available at: www.wowenergies.com/GTW%20%2022-25%20Simple%20Cycle%20Power%20Recovery.pdf. – Title from the screen.
  9. Лыхвар, Н. В. Гибкие математические модели энергоустановок для оптимизации режимов ТЭЦ [Текст] / Н. В. Лыхвар // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования: сб. научн. трудов. – 2003. – Т. 2. – С. 413–419.
  10. Лыхвар, Н. В. Решение задачи рационального распределения нагрузок между турбинами энергоузла [Текст] / Н. В. Лыхвар, Н. Ю. Бабак // Пробл. Машиностроения. – 2008. – № 5–6. – С. 11–19.
  11. Бабак, Н. Ю. Решение вопросов энергосбережения на коксохимических предприятиях на примере расширения энергоузла «Ясиновский коксохимический завод» [Текст] / Н. Ю. Бабак, Н. В. Лыхвар, С. А. Медянцев и др.// Пробл. Машиностроения. – 2007. – Т. 10, № 1. – C. 4–12.
  12. Пат. 90789 Україна, МПК(2009) F01D 17/00, F01K 7/00, G05D 27/00. Спосіб регулювання температури сітьової води у теплофікаційних турбоустановках [Текст] / Залізняк О. А., Козлоков О. Ю., Лихвар М. В., Шубенко О. Л., Голощапов В. М. // Ін-т проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України. – № а 2008 11173; заявл. 15.09.2008; опубл. 25.05.2010, Бюл. № 10.
  13. Бабенко, О. А. Підвищення ефективності теплофікаційних блоків ТЕЦ шляхом удосконалення їх режимів роботи [Текст] : автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.05.16 / О. А. Бабенко // Ін-т проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України. – Харків, 2013. – 20 с.
  14. Shubenko, O. L., Malyarenko, V. A., Senetskyi, A. V., Babak, N. Y. (2014). Cogeneration technologies in energy based on the use of small power steam turbines. Institute for Mechanical Engineering Problems, Kharkov, Ukraine, 320.
  15. Matsevity, Y. M., Shulzhenko, N. G., Goloshapov, V. N. (2008). Improving the energy efficiency of TPP and TEZ turbines by means of modernization, reconstruction and improvement of their modes of operation. Naukova Dumka, Kiev, Ukraine, 366.
  16. Truhny, A. D., Lomakin, B. V. (2006). Cogeneration steam turbines and turbine installations: A manual for schools. MEI, Moscow, Russia, 540.
  17. Sultanov, M. M. (2010). Optimize operation of TEZ equipment on Energy Efficiency. Results dissertation research: Proceedings of the II All-Russia competition of young scientists. Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, 23–29.
  18. Clair, A. M., Maximov, A. S., Stepanova, E. L. (2006). Optimize of TEZ operation with using expressways mathematical models of cogeneration steam turbines. Thermophysics and Aeromechanics, Vol. 13, № 1, 15–167.
  19. Andryushin, A. V., Makarchyan, V. A., Cherniayev, A. N. (2010). The algorithm of load distribution TEZ with complexes composition, heat supply schemes and electricity. Improvement of reliability and operational efficiency of power plants and energy systems. MEI, Moscow, Russia, Vol. 1, 33–35.
  20. Lugand, P. (1989). Advantages of steam-gas combined cycle power plants. Alsthom Rev, 13, 3–18.
  21. De Biasi, V. (2008). Cascade waste heat recovery for gas turbine power and efficiency. Available at: www.wowenergies.com/GTW %20%2022-25%20Simple%20Cycle%20Power%20Recovery.pdf .
  22. Lykhvar, N. V. (2003). Flexible mathematical models of power plants for optimization of TEZ Improvement of turbine units by methods of mathematical and physical modeling: Sat Nauchn. works. A.N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine, Vol. 2, 413–419.
  23. Lykhvar, N. V., Babak, N. Y. (2008). The solution of the problem rational of load distribution between the turbines of industrial TEZ. Mechanical Engineering Problems, 5-6, 11–19.
  24. Babak, N. Y., Lykhvar, N. V., Medyantsev, S. A. (2007). The decision of questions energy saving on coke chemical plants on the example expansion TEZ «Yasinovskiy coke chemical plant». Mechanical Engineering Problems, Vol. 10, № 1, 4–12.
  25. Zaliznyak, O. A., Kozlokov, O. U., Pawnbroker, N. V., Shubenko, A. L., Goloshchapov, V. M. (25.05.2010). Patent 90789 Ukraine, IPC (2009) F01D 17/00, F01K 7/00, G05D 27/00. The method of temperature control of the net heating water turbine, patent Inst of A. N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of NAS of Ukraine, № a 2008 11173, № 10.
  26. Babenko, O. A. (2013). Increasing efficiency cogeneration blocks of CHP by improving their operating modes. A. N. Podgorny Institute for Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkiv, 20.

Published

2014-04-18

How to Cite

Шубенко, О. Л., Сенецький, О. В., & Бабенко, О. А. (2014). Improving the efficiency of steam-turbine plants of different capacities. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(8(68), 13–19. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.23387

Issue

Section

Energy-saving technologies and equipment