Высокоэффективная когенерационная энергоустановка с глубокой рекуперацией на основе воздушного цикла Брайтона

Авторы

  • Andrii V. Rusanov Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0003-1345-7010
  • Andrii O. Kostikov Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0001-6076-1942
  • Oleksandr L. Shubenko Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0001-9014-1357
  • Dionis Kh. Kharlampidi Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0003-4337-6238
  • Viktoriia O. Tarasova Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0003-3252-7619
  • Oleksandr V. Senetskyi Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10), Ukraine https://orcid.org/0000-0001-8146-2562

Ключевые слова:

прямой цикл Брайтона, регенерация, воздушная турбина, когенерационная энергоустановка

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.

Биографии авторов

Andrii V. Rusanov, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

член-корреспондент НАН Украины

Andrii O. Kostikov, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

член-корреспондент НАН Украины

Oleksandr L. Shubenko, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

член-корреспондент НАН Украины

Dionis Kh. Kharlampidi, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Доктор технических наук

Viktoriia O. Tarasova, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Кандидат технических наук

Oleksandr V. Senetskyi, Институт проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (61046, Украина, г. Харьков, ул. Пожарского, 2/10)

Кандидат технических наук

Библиографические ссылки

Akshel, V. A. (2009). Mini-TETS na baze mikroturbinnykh ustanovok [Mini-CHP based on microturbine plants]. Novosti teplosnabzheniya – Heat News, no. 2 (1002), pp. 28–33 (in Russian).

Akshel, V. A. (2006). Energotsentry na baze mikroturbinnykh ustanovok [Energy centers based on microturbine plants]. Energosberezheniye – Energy saving, no. 5, pp. 73–77 (in Russian).

Rassokhin, V. A., Zabelin, N. A., & Matveev, Yu. V. (2011). Osnovnyye napravleniya razvitiya mikroturbinnykh tekhnologiy v Rossii i za rubezhom [Main directions of development of microturbine technologies in Russia and abroad]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbGPU. Nauka i obrazovaniye – St. Petersburg Polytechnic University Journal of Engineering Science and Technology, no. 4, pp. 41–51 (in Russian).

Mazurenko, A. S., Denisova, A. Ye., Klimchuk, A. A., Khiyeu, Ngo Min', & Kotov, P. A. (2014). Eksergeticheskiye kharakteristiki biogazovykh ustanovok [Exergetic characteristics of biogas plants]. Vostochno-Yevropeyskiy zhurnal peredovykh tekhnologiy – Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, no. 1/8 (67), pp. 7–12 (in Russian). https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.20021

Bratuta, E. G. & Semeney, A. R. (2011). Otsenka effektivnosti ispol'zovaniya piroliznogo teplogeneratora v skhemakh teplo i elektrosnabzheniya [Evaluation of the effectiveness of using the pyrolysis heat generator in heat and power supply schemes]. Energosberezheniye. Energetika. Energoaudit – Energy saving. Power engineering. Energy audit, no. 5 (87), pp. 23–28 (in Russian).

Selnitsyn, A. S. (2018). Kogeneratsionnyye gazoturbinnyye ustanovki na produktakh gazifikatsii tverdykh bytovykh otkhodov [Cogeneration gas turbine plants based on gasification products of municipal solid waste]. Politekhnicheskiy molodezhnyy zhurnal – Polytechnic Youth Journal, no. 1, pp. 1–12 (in Russian). https://doi.org/10.18698/2541-8009-2018-1-240

Chukhin, I. M. (2008). Tekhnicheskaya termodinamika [Technical Thermodynamics]. Part 2. Ivanovo: Ivanovo Energy University, 228 p. (in Russian).

Tsanev, S. V., Burov, V. D., & Pustovalov, P. A. (2010). K voprosu o karnotizatsii tsikla Braytona energeticheskikh gazoturbinnykh ustanovok [To the question of the carnotization of the Brighton cycle of gas turbine power plants]. Energosberezheniye i vodopodgotovka – Energy Saving and Water Treatment, no. 6, pp. 2–6 (in Russian).

Загрузки

Опубликован

2019-12-22

Выпуск

Раздел

Аэрогидродинамика и тепломассообмен