3334

Это особенно актуально при реконструкции паровых котельных

сцелью повышения её экономичности и производства собственной электроэнергии.

Из перспективных отечественных паровых поршневых машин стоит отметить паропоршневые двигатели – высокооборотные паровые машины с частотой вращения вала 1000 об/мин и выше, которым должны быть присущи, по идеям разработчиков, высокие эксплуатационные свойства (надежность, ресурс и др.) [5].

Современные паровые поршневые машины вполне могут способствовать энергосбережению в ряде технологических и энергетических установок, в частности тех, у которых при работе выделяется сбросное тепло в виде выхлопных или дымовых газов.

Эксплуатация мини–ТЭЦ, в том числе на базе мини–котельных,

сиспользованием паровых моторов способствует энергосбережению и может обеспечить энергетическую независимость мини котельных и ответственных потребителей от внешних электросетей.

Литература

1.Дубинин В.С. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России / В.С. Дубинин // Промышленная энергетика. – 2007. – № 1. – С. 7–12.

2.Дубинин В.С. Применение паропоршневых технологий в котельных в качестве альтернативы внешнему электропитанию / В.С. Дубинин, К.М. Лаврухин, М.Ю. Алексеевич, С.О. Шкарупа // Энергобезопасность и энергосбережение. – 2010. – № 6. – С. 17–20.

3.Соколов Б.А. Устройство и эксплуатация паровых и водогрейных котлов малой и средней мощности: учеб. пособие / Б.А. Соколов. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 64 с.

4.Трохин И.С. Мини–ТЭЦ с паровыми моторами для бесперебойного энергоснабжения ответственных потребителей / И.С. Трохин // Промышленная теплоэнергетика. – 2012. – № 9. – С. 15–20.

5.Дубинин В.С. Обеспечение независимости электро и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий: монография / В.С. Дубинин. – М.: Изд–во Московского института энергобезопасности и энергосбережения, 2009. – 164 с.

Воронежский государственный технический университет

91

УДК 620.9

Ф.А. Миляев, студент; В.Ю. Дубанин, к.т.н., доцент

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ ПАРОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Аннотация: в статье описывается принцип работы парогазовой установки с газификацией угля и его влияние на эффективность тепловых электрических станций

Ключевые слова: ПГУ, газификация, уголь, ТЭС, ТЭЦ, эффективность, синтез–газ

Тепловые электрические станции (ТЭС), а также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) являются одними из ярких представителей традиционной энергетики в России и в мире. Более того, их значительная доля в производстве тепло– и электроэнергии будет увеличиваться, по крайней мере, в первой половине XXI века. Тем не менее, генерирующее оборудование на многих станциях постепенно вырабатывает свой ресурс, что приводит к снижению общей эффективности станции и увеличению стоимости единицы тепловой и электрической энергии. Соответственно, существует потребность в усовершенствовании существующих энергетических технологий, а также внедрение принципиально новых технологий и методов.

Одним из таких методов является внедрение технологий парогазового цикла в производственный процесс выработки тепловой и электрической энергии. Это позволило повысить электрический коэффициент полезного действия (КПД) такой парогазовой установки (ПГУ) до 60 %, снизить стоимость единицы установленной мощности, сократить габариты установки и повысить экологичность производства.

На рис. 1 представлена типовая схема ПГУ. Она включает в себя два отдельных тепловых двигателя: паровую и газовую турбины. В газотурбинной установке газообразные продукты сгорания топлива вращают турбину. На одном валу с турбиной имеется электрогенератор. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают малую часть своей энергии и на выходе из неё по– прежнему имеют высокую температуру. Из выхода газовой турби-

92

ны продукты сгорания поступают в котёл–утилизатор, где нагреваются вода и образующийся водяной пар, после чего через дымовую трубу удаляются в атмосферу. Теплота продуктов сгорания достаточна для приведения пара в высокопотенциальное состояние, необходимое для использования в паровой турбине. Паровая турбина приводит в действие второй электрический генератор. При использовании теплофикационной турбины, часть пара расходуется на технологический и теплофикационный отборы.

1

2

G

Рис. 1. Типовая схема ПГУ: 1 – электрогенератор; 2 – газовая турбина; 3 – подвод газа в камеру сгорания; 4 – уходящие газы; 5 – котёл– утилизатор; 6 – дымовая труба; 7 – паровая турбина; 8 – конденсатор

Топливом для ПГУ обычно служит природный газ либо другие продукты нефтяной промышленности, например, дизельное топливо. Однако, твёрдое топливо, например, уголь, также может использоваться в цикле ПГУ. Для этого в технологический цикл включается газогенераторная установка. Получаемый в ней так называемый синтез–газ – смесь монооксида углерода (CO) и водорода (H2) после очистки может использоваться в качестве рабочего тела в газотурбинной установке.

На рис. 2 представлена простая схема ПГУ с газификацией уг-

ля.

93

После чего их можно использовать для сопутствующего производства (удобрения, аммиак или метанол).

Также следует учесть, что цена тонны условного топлива на угле обычно значительно ниже по сравнению с углеводородным топливом (мазут, природный газ). Поэтому, использование такой установки позволит добиться повышения общего КПД ТЭС, работающей на твёрдом топливе до 45 %, а КПД ТЭЦ – до 90 %.

Основными недостатками ПГУ с газификацией угля являются высокая стоимость изначальных капиталовложений и сложность технологии газификации. Необходимо учесть и то, что синтез–газ имеет меньшую теплоту сгорания, чем природный, поэтому его массовый расход возрастёт, что потребует изменения конструкции горелок и камеры сгорания. Тем не менее, эксплуатация данной установки, благодаря высокой эффективности и низкой стоимости топлива, позволяет быстро окупить изначальные затраты.

В России существуют на данный момент два проекта ПГУ с газификацией угля: мощностью 250 МВт для Ново–Тульской ТЭЦ и мощностью 370 МВт для Кировской ТЭЦ–5.

Литература 1. Цанев, С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепло-

вых электростанций: учеб. пособие для вузов / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов; под ред. С.В. Цанева – М.: Издательство МЭИ,

2002. – 584 с.

Воронежский государственный технический университет

95

УДК 66.045.127

М.В. Малеваный, студент; С.Р. Чекалина, студент; В.Г. Стогней, к.т.н., профессор

КОМПАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ СО СПИРАЛЬНЫМИ РАБОЧИМИ КАНАЛАМИ

Аннотация: рассмотрена конструкция и принцип действия компактного теплообменного аппарата, рабочий тракт которого образован двухзаходной цилиндрической спиралью

Ключевые слова: теплообменый аппарат, компактность, спиральный теплообменник

Теплообменные аппараты (ТОА) нашли широкое применение в нефтеперерабатывающей, химической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности.

Значительные металлоёмкость, затраты энергии на перемещение теплоносителей и обслуживание, а также проектно– конструкторские и производственные расходы требуют повышения эффективности теплообменных аппаратов [1].

Рассмотрим устройство принцип работы спирального теплообменного аппарата, рабочий тракт которого образован двухзаходной цилиндрической спиралью (рис. 1).

Предложенный спиральный теплообменник содержит корпус 1 с двухканальным теплообменным элементом 2, выполненным в виде двухзаходной цилиндрической спирали 3, центральные 4 и периферийные 5 части которой соединены между собой. Витая профилированная полость 6, образованная витками 7 первого захода, соединена с подводящим 8 и отводящим 9 патрубками первого компонента, а витая профилированная полость 10, образованная витками 11 второго захода, соединена с подводящим 12 и отводящим 13 патрубками второго компонента. С обоих торцов корпус закрыт крышками 14 и 15, в которых установлены подводящий 8 и отводящий 9 патрубки первого компонента, а также подводящий 12 и отводящий 13 патрубок второго компонента.

96

хода, компонент отдаёт тепло холодным стенкам витков 11 упомянутой полости. Далее компонент поступает в отводящий патрубок 9 и выводится из корпуса 1 наружу для дальнейшего использования.

Второй холодный компонент подаётся в подводящий патрубок 12 второго компонента и далее поступает в витую профилированную полость 10. Проходя по полости, образованной витками 11 второго захода цилиндрической спирали 3 и витками 7 первого захода, компонент принимает тепло от горячих стенок витков 7 упомянутой полости. Далее компонент поступает в отводящий патрубок 13 и выводится из корпуса 1 наружу для дальнейшего использования.

Рис. 2. Спиральный ТОА в сборке (корпус не показан)

98

Таким образом, по длине теплообменника реализуется следующая схема теплообмена: первый компонент – второй компонент – первый компонент – второй компонент и т.д. [2].

Основные преимущества данного теплообменника:

–простота конструкции;

–большая компактность при достаточном количестве витков спи-

рали;

–возможность увеличения количества каналов для теплоносителей путём увеличения количества заходов спирали;

–возможность интенсификации теплообмена путём применения

вкачестве спиралей шероховатых и развитых поверхностей теплообмена;

–спиральная организация каналов, способствующая дополнительной турбулизации рабочих потоков.

Благодаря своим преимуществам, данная конструкция ТОА может найти широкое применение в промышленности.

Литература

1.Гаппаров, Д.Д. Эффективность пластинчато–спиральных теплообменных поверхностей / Д.Д. Гаппаров, М.К. Дабылова, А.А. Нурыллаева, Х.С. Нурмухамедов // Студенческий научный форум 2014: VI Международная студенческая электронная научная конференция. – Москва, 2014.

2.Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС).

–Электрон. дан. – Режим доступа: http://www1.fips.ru.

Воронежский государственный технический университет

99

УДК 662.997

М.С. Балде, студент; И.Н. Деревянкин, студент; В.И. Лукьяненко, к.т.н., доцент

ГЕЛИОЭНЕРГЕТИКА – НЕТРАДИЦИОННЫЙ ВИД ЭНЕРГЕТИКИ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ

Аннотация: в статье рассмотрены современные конструкции установок использования альтернативных источников энергии. Предложена технологическая схема организации отопления и горячего водоснабжения жилых зданий.

Ключевые слова: солнечная энергия, коллектор, концентратор, горячее водоснабжение

В настоящее время, когда стало очевидно, что запасы топлива на планете не бесконечны, а использование топливных электростанций является источником повышенной опасности для окружающей природной среды, все большее внимание стали уделять развитию альтернативных источников энергии.

Солнце – источник жизни на планете. Люди с давних пор используют энергию солнца. В тёплое время года солнце согревает наши дома, а зимой мы используем источники тепла – древесину, газ, уголь – как аккумулированное тепло солнечной энергии. Современная наука ставит задачу: разработать механизмы и приспособления, которые менее энергозатратны и имеют высокий КПД для производства тепловой энергии. Наиболее перспективными являются такие технологические разработки, которые позволяют при минимальных затратах возобновлять имеющиеся энергоресурсы. Использование энергии солнца коллекторами, которая неисчерпаема и доступна в любой точке планеты, экологически безопасно и экономически оправдано. Ведь запасы природного топлива (газа, угля, древесины) ограничены, и, следовательно, дорожают с каждым годом.

Сегодня использование солнечных коллекторов для воспроизводства тепловой энергии не проекты будущего, а действующие и реализуемые программы во многих странах мира.

Солнечные коллекторы в инженерных конструкциях зданий очень широко используются в Америке, Австралии, Европе.

Тем не менее, распространено убеждение, что в России не целесообразно использовать солнечные коллекторы. Распространено убеждение, что лучший способ использовать солнечную энергию в

100