Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators
A 20 MW district heating and condensing steam turbine unit (STU), consisting of the parts of high, medium and low pressure, which is operated at one of the CHPPs in Kharkiv, has been analyzed. According to the scheme, steam from two district heating recovery regulated extraction units is su...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2025
|
| Online Zugang: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/336578 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Journal of Mechanical Engineering |
Institution
Journal of Mechanical Engineering| id |
journalsuranuajme-article-336578 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Journal of Mechanical Engineering |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-07-31T17:07:20Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Мазур, А. О. |
| spellingShingle |
Мазур, А. О. Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators |
| author_facet |
Мазур, А. О. |
| author_sort |
Мазур, А. О. |
| title |
Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators |
| title_short |
Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators |
| title_full |
Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators |
| title_fullStr |
Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators |
| title_full_unstemmed |
Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators |
| title_sort |
analysis of the district heating steam turbine unit at chpp based on energy and exergy indicators |
| title_alt |
Аналіз теплофікаційної паротурбінної установки ТЕЦ за енергетичними та ексергетичними показниками Аналіз теплофікаційної паротурбінної установки ТЕЦ за енергетичними та ексергетичними показниками |
| description |
A 20 MW district heating and condensing steam turbine unit (STU), consisting of the parts of high, medium and low pressure, which is operated at one of the CHPPs in Kharkiv, has been analyzed. According to the scheme, steam from two district heating recovery regulated extraction units is supplied to two network heating units. During the reconstruction of the CHPP, the heaters of the STU regeneration system were dismantled due to their degradation. It has been decided to focus on increasing heat recovery at the CHP plant, so no new high-pressure heaters were installed. In addition, instead of a cooling tower, it was decided to use water from the network for hot water supply in the condenser cooling circuit. An analytical review of the thermal scheme of a district heating STU in terms of energy and exergy indicators is given in the paper, which allowed to identify elements with high exergy cost, which is an indicator of their efficiency. Analytical tables with the exergy parameters of the original scheme element by element and analytical graphs were compiled during the analysis of the options of the thermal scheme of STU. According to the exergy analysis, the highest exergy cost is observed in the energy boiler, but it is known that it can be reduced by reducing exergy destruction in other elements. Therefore, a network heater that is heated by high-pressure steam from the first medium-pressure part of the first extraction was chosen as the element with the greatest potential for increasing the efficiency of the STU. Respectively, the first network heater, which is heated by low-pressure steam from the second low-pressure section, is selected as the second element. We also considered options of the thermal scheme of STU, in which the steam parameters in the turbine extractions (pressure, flow) were varied. It is shown that with a decrease in pressure and a decrease in steam flow in the first extraction, as well as a decrease in steam pressure and an increase in steam flow in the second extraction, the cost of exergy flows in network heaters decreases by almost 5%, the exergy efficiency of the STU increases by 2%, and the electrical efficiency of the unit increases by 2.16% compared to the original scheme. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/336578 |
| work_keys_str_mv |
AT mazurao analysisofthedistrictheatingsteamturbineunitatchppbasedonenergyandexergyindicators AT mazurao analízteplofíkacíjnoíparoturbínnoíustanovkiteczaenergetičnimitaeksergetičnimipokaznikami |
| first_indexed |
2025-09-17T09:27:53Z |
| last_indexed |
2025-09-17T09:27:53Z |
| _version_ |
1845917828117430272 |
| spelling |
journalsuranuajme-article-3365782025-07-31T17:07:20Z Analysis of the District Heating Steam Turbine Unit at CHPP Based on Energy and Exergy Indicators Аналіз теплофікаційної паротурбінної установки ТЕЦ за енергетичними та ексергетичними показниками Аналіз теплофікаційної паротурбінної установки ТЕЦ за енергетичними та ексергетичними показниками Мазур, А. О. A 20 MW district heating and condensing steam turbine unit (STU), consisting of the parts of high, medium and low pressure, which is operated at one of the CHPPs in Kharkiv, has been analyzed. According to the scheme, steam from two district heating recovery regulated extraction units is supplied to two network heating units. During the reconstruction of the CHPP, the heaters of the STU regeneration system were dismantled due to their degradation. It has been decided to focus on increasing heat recovery at the CHP plant, so no new high-pressure heaters were installed. In addition, instead of a cooling tower, it was decided to use water from the network for hot water supply in the condenser cooling circuit. An analytical review of the thermal scheme of a district heating STU in terms of energy and exergy indicators is given in the paper, which allowed to identify elements with high exergy cost, which is an indicator of their efficiency. Analytical tables with the exergy parameters of the original scheme element by element and analytical graphs were compiled during the analysis of the options of the thermal scheme of STU. According to the exergy analysis, the highest exergy cost is observed in the energy boiler, but it is known that it can be reduced by reducing exergy destruction in other elements. Therefore, a network heater that is heated by high-pressure steam from the first medium-pressure part of the first extraction was chosen as the element with the greatest potential for increasing the efficiency of the STU. Respectively, the first network heater, which is heated by low-pressure steam from the second low-pressure section, is selected as the second element. We also considered options of the thermal scheme of STU, in which the steam parameters in the turbine extractions (pressure, flow) were varied. It is shown that with a decrease in pressure and a decrease in steam flow in the first extraction, as well as a decrease in steam pressure and an increase in steam flow in the second extraction, the cost of exergy flows in network heaters decreases by almost 5%, the exergy efficiency of the STU increases by 2%, and the electrical efficiency of the unit increases by 2.16% compared to the original scheme. Проаналізовано теплофікаційно-конденсаційну паротурбінну установку (ПТУ) потужністю 20 МВт, що складається з частин високого, середнього й низького тисків й експлуатується на одній з ТЕЦ м. Харків. Виходячи зі схеми, пар із двох теплофікаційних регульованих відборів подається на дві мережеві підігрівальні установки. У ході реконструкції ТЕЦ підігрівачі системи регенерації ПТУ було демонтовано у зв’язку з їх спрацюванням. На ТЕЦ було ухвалено рішення про акцентування на збільшенні теплофікації, тому нові підігрівачі високого тиску не встановлені. Крім того, замість градирні було вирішено в охолоджувальному контурі конденсатору використовувати воду з мережі, яка йде на гаряче водопостачання. У статті проведено аналітичний огляд теплової схеми теплофікаційної ПТУ за енергетичними й ексергетичними показниками, що дозволило визначити елементи з високою ексергетичною вартістю, що є показником їх ефективності. Під час аналізу варіантів теплової схеми ПТУ складено аналітичні таблиці з ексергетичними параметрами вихідної схеми поелементно й аналітичні графіки. Відповідно до ексергетичного аналізу найбільша ексергетична вартість спостерігається в енергетичному котлі, але, як відомо, її можна знизити шляхом зменшення деструкції ексергії в інших елементах. З огляду на вказане як елемент із найбільшим потенціалом підвищення ефективності ПТУ обрано мережевий підігрівач, що обігрівається парою високого тиску з першого відбору частини середнього тиску. Відповідно, другим елементом обрано перший мережевий підігрівач, який обігрівається парою низького тиску з другого відбору частини низького тиску. Розглянуто варіанти теплової схеми ПТУ, в яких варіювалися параметри пари у відборах турбіни (тиск, витрата). Показано, що при зниженні тиску й зменшенні витрати пари у першому відборі, а також зниженні тиску пари й підвищенні витрати пари у другому відборі вартість ексергетичних потоків у мережевих підігрівачах знижується майже на 5 %, ексергетичний коефіцієнт корисної дії (ККД) ПТУ підвищується на 2%, а електричний ККД установки зростає на 2,16% відносно вихідної схеми. Проаналізовано теплофікаційно-конденсаційну паротурбінну установку (ПТУ) потужністю 20 МВт, що складається з частин високого, середнього й низького тисків й експлуатується на одній з ТЕЦ м. Харків. Виходячи зі схеми, пар із двох теплофікаційних регульованих відборів подається на дві мережеві підігрівальні установки. У ході реконструкції ТЕЦ підігрівачі системи регенерації ПТУ було демонтовано у зв’язку з їх спрацюванням. На ТЕЦ було ухвалено рішення про акцентування на збільшенні теплофікації, тому нові підігрівачі високого тиску не встановлені. Крім того, замість градирні було вирішено в охолоджувальному контурі конденсатору використовувати воду з мережі, яка йде на гаряче водопостачання. У статті проведено аналітичний огляд теплової схеми теплофікаційної ПТУ за енергетичними й ексергетичними показниками, що дозволило визначити елементи з високою ексергетичною вартістю, що є показником їх ефективності. Під час аналізу варіантів теплової схеми ПТУ складено аналітичні таблиці з ексергетичними параметрами вихідної схеми поелементно й аналітичні графіки. Відповідно до ексергетичного аналізу найбільша ексергетична вартість спостерігається в енергетичному котлі, але, як відомо, її можна знизити шляхом зменшення деструкції ексергії в інших елементах. З огляду на вказане як елемент із найбільшим потенціалом підвищення ефективності ПТУ обрано мережевий підігрівач, що обігрівається парою високого тиску з першого відбору частини середнього тиску. Відповідно, другим елементом обрано перший мережевий підігрівач, який обігрівається парою низького тиску з другого відбору частини низького тиску. Розглянуто варіанти теплової схеми ПТУ, в яких варіювалися параметри пари у відборах турбіни (тиск, витрата). Показано, що при зниженні тиску й зменшенні витрати пари у першому відборі, а також зниженні тиску пари й підвищенні витрати пари у другому відборі вартість ексергетичних потоків у мережевих підігрівачах знижується майже на 5 %, ексергетичний коефіцієнт корисної дії (ККД) ПТУ підвищується на 2%, а електричний ККД установки зростає на 2,16% відносно вихідної схеми. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2025-07-31 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/336578 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 28 No. 2 (2025); 17-26 Проблемы машиностроения; Том 28 № 2 (2025); 17-26 Проблеми машинобудування; Том 28 № 2 (2025); 17-26 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/336578/325231 https://journals.uran.ua/jme/article/view/336578/325232 Copyright (c) 2025 А. О. Мазур http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |