Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов

Рассмотрены возможности создания комбинированных энергетических схем на базе конденсационных паротурбинных установок и тепловых насосов, утилизирующих низкопотенциальную сбросную теплоту паровых турбин. Розглянуті можливості створення комбінованих енергетичних схем на основі конденсаційних паротурбі...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Промышленная теплотехника
Date:	2012
Main Author:	Клименко, В.Н.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2012
Subjects:	Теплоэнергетические установки
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59175
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов / В.Н. Клименко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 3. — С. 44-51. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859608787838566400
author	Клименко, В.Н.
author_facet	Клименко, В.Н.
citation_txt	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов / В.Н. Клименко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 3. — С. 44-51. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Промышленная теплотехника
description	Рассмотрены возможности создания комбинированных энергетических схем на базе конденсационных паротурбинных установок и тепловых насосов, утилизирующих низкопотенциальную сбросную теплоту паровых турбин. Розглянуті можливості створення комбінованих енергетичних схем на основі конденсаційних паротурбінних установок з використанням теплових насосів з метою утилізації скидної низькопотенційної теплоти парових турбін. Work is dedicated to the consideration of possibilities of energy schemes designation based on combined application of condensing steam turbine installations and heat pumps utilizing low-grade waste heat from steam turbine operation.
first_indexed	2025-11-28T08:49:30Z
format	Article
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №344 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ УДК 621.577+621.186.8 Клименко В.Н. Институт технической теплофизики НАН Украины КОМБИНИРОВАННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ НА БАЗЕ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПАРОВЫХ ТУРБИН И ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ Розглянуті можливості ство- рення комбінованих енергетичних схем на основі конденсаційних паротурбінних установок з вико- ристанням теплових насосів з ме- тою утилізації скидної низькопо- тенційної теплоти парових тур- бін. Показано, що використан- ня утилізованої теплоти для пі- дігріву конденсату, що подається в котел, немає сенсу в зв’язку з низькою ефективністю цього за- ходу та зменшенням виробниц- тва товарної електроенергії ком- бінованою установкою. Визначені межі ефективної роботи комбі- нованої установки з використан- ням утилізованої теплоти в тепло- мережах. Рассмотрены возможности соз- дания комбинированных энергети- ческих схем на базе конденсацион- ных паротурбинных установок и тепловых насосов, утилизирующих низкопотенциальную сбросную теп- лоту паровых турбин. Показано, что использование утилизированной теп- лоты для подогрева питательной воды лишено практического смысла из-за низкой эффективности такого мероприятия и снижения полезной электрической мощности установ- ки. Определены пределы эффек- тивной работы комбинированной установки с использованием утили- зированной теплоты в теплофика- ционных сетях. Work is dedicated to the consideration of possibilities of energy schemes designation based on combined application of condensing steam turbine installations and heat pumps utilizing low-grade waste heat from steam turbine operation. It is demonstrated that usage of waste heat for feed water heating is unreasonable due to low efficiency of such measure and reduction of total useful power capacity of combined installation. The technical limits of efficient work of combined waste heat utilization installation in district heating systems are defined. Сравнительно невысокий КПД (не более 40…45%) паро- и газотурбинных установок, работающих по простейшему циклу Ренкина и Брайтона, обусловлен большими объемами теплоты, сбрасываемой установками в окру- жающую среду с уходящими продуктами сгорания топлива, в системах охлаждения и в конденсаторах. Поэтому одним из эффектив- ных путей совершенствования теплоэнерге- тических установок является усложнение их рабочих процессов с целью полезного исполь- зования сбрасываемой теплоты. Так, приме- нение теплофикационных отборов и противо- давленческих паровых турбин позволило уве- личить коэффициент полезного использования топлива (КИТ) в ПТУ до 80…85 %, применение парогазовых установок – повысить КПД гене- рирования электроэнергии до 60 %, примене- ние когенерационных установок – повысить КИТ до 90…92 %. Следующим шагом на этом пути может явиться создание комбинирован- ных энергетических установок, в которых базовая паротурбинная, газотурбинная или когенерационная установка надстраивается парокомпрессионым тепловым насосом, ис- пользующим в качестве низшего источника низкопотенциальную сбросную теплоту котла, турбинного или поршневого двигателя, а для привода компрессора – механическую или электрическую энергию, производимую базо- вой установкой. В комбинированных схемах тепловой насос выполняет роль своеобразно- го утилизатора теплоты, одновременно повы- шающего ее потенциал от температуры низ- копотенциального источника ТИ до уровня генерирования ТК за счет использованной механической или электрической энергии. Для тепловых насосов связь между генери- руемой теплотой NT и электрической мощ- ностью ТН – NTH принято выражать соотно- шением: NT = φNTH , (1) где φ – тепловой коэффициент, полностью определяемый располагаемой температурой источника ТИ и требуемым потенциалом гене- рируемой теплоты ТК [1]. Величина, обратная тепловому коэффици- енту 1/φ, характеризует долю затраченной в ТН электрической энергии в произведенной ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №3 45 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ тепловым насосом: чем выше φ, тем эта доля меньше, т.е. эффективность ТН, как генера- тора теплоты, с увеличением φ – увеличива- ется. Однако, качество генерируемой тепло- ты, т.е. повышение TK относительно TИ , – сни- жается [1]. В настоящей статье рассматриваются энер- гетические характеристики комбинированных установок на базе конденсационных ПТУ, в которых генерируемая ТН теплота использу- ется либо для повышения эффективности генерирования электроэнергии самой ПТУ, либо для теплоснабжения внешних потреби- телей. Схема потоков энергии в обоих вари- антах использования тепловых насосов в ком- бинированных паротурбинных установках по- казана на рис. 1. Идея повышения экономичности паротур- бинной установки при помощи теплового на- соса, использующего сбросную теплоту тур- бины для подогрева питательной воды, пред- ставляется на первый взгляд очевидной, т.к. согласно равенству (1) в ТН затрачивается электрической энергии в φ раз меньше, чем генерируется тепловой. Такая идея была рас- смотрена в работе [2], в результате чего был сделан вывод о возможности существенного повышения термического КПД цикла Ренки- на за счет использования ТН для подогрева питательной воды. К сожалению, этот вывод ошибочен, поэтому еще раз рассмотрим ком- бинированную схему ПТУ+ТН в постановке [2]. Термический КПД рассматриваемого ком- бинированного парового цикла определяется соотношением: ( ) , TH 1 2 k t TH 1 qq q q q − − ϕη = − (2) где q1 – теплота, подведенная к рабочему телу в паровом котле, q2 – теплота цикла, отведенная в конденсаторе, qTH – теплота, переданная ТН питательной воде. Поскольку выражение qTH/φ эквивалентно электрической мощности привода ТН, то вы- ражение (2) представляет собой отношение Рис. 1. Схема потоков энергии (%) в комбинированной установке на базе ПТУ с внутренним (а) и внешним (б) использованием теплоты, генерируемой ТН: tИ =34,6 °С, Н = 296 ккал/кг, ηK = 0,92, ηe = 0,344, tпв =100 °С, φ = 3,54. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №346 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ полезной мощности комбинированной уста- новки к затратам энергии топлива на генери- рование рабочего тела ПТУ. В комбинированной установке как коли- чество теплоты, переданной ТН питательной воде, так и тепловой коэффициент φ, опреде- ляющий затраты энергии в ТН на перекачку этой теплоты, определяются температурами источника теплоты (охлаждающей воды кон- денсатора) и питательной воды на выходе из ТН (на входе в котел), т.е. температурами ис- парителя и конденсатора теплового насоса ТИ и ТК. Поэтому тепловой коэффициент φ и вели- чину подогрева питательной воды ПТУ за счет теплоты, генерируемой ТН, нельзя рассмат- ривать в качестве независимых переменных, как это сделано в [2]. С увеличением теплоты, отбираемой в конденсаторе ПТУ и, как след- ствие, с увеличением температуры питатель- ной воды, поступающей в котел, тепловой коэффициент применяемого ТН должен сни- жаться, т.е. его NTH – увеличиваться. Поэтому реальная зависимость ηt = f(tпв) носит экстре- мальный характер (см. рис. 2). Для рассмат- риваемых условий [2] работы ПТУ (темпера- тура насыщения 276 °С при давлении пара за парогенератором 6,1 МПа, температура в кон- денсаторе 34,6 °С, срабатываемый в турбине теплоперепад Н = 296 ккал/кг) термический КПД цикла Ренкина составляет 0,374. При по- вышении температуры питательной воды при помощи теплового насоса термический КПД парового цикла вначале несколько увеличива- ется, а затем монотонно снижается. Значение теплового коэффициента φ, при котором тер- мический КПД комбинированного цикла ста- новится равным КПД цикла Ренкина, можно определить из преобразованного равенства (2): T T T TH T K T K K t N N N N N N N N Π Π Π Π − −µ η = = = − −µ ϕ T T K K (1 ) 1 (1 )(1 ) t t N NN N Π Π − µ −µ = = η −µϕη−µϕ , (3) где NПТ – мощность паровой турбины, работа- ющей по циклу Ренкина; NТН – электрическая мощность привода ТН, которую можно представить, как часть NПТ (NТН = μ NПТ); NК – тепловая мощность, подведенная к рабо- чему телу в котле (мощность котла); NТ – теплота, переданная питательной воде тепловым насосом; ηt – термический КПД базовой ПТУ. Из равенства (3) следует, что ηt = ηt при μ = 0, т.е. при NTH = 0, а также при φ = 1/ηt , чему соответствуют в данном случае tпв = 34,6 °С, а также tпв max= 112 °С. При tпв > 112 °С ηt < ηt, при tконд < tпв < 112 °С ηt > ηt, хотя превышение ηt над ηt весьма незначительное (менее 1 %). Небольшое повышение эффективности комбинированной установки при малых по- догревах питательной воды объясняется высо- кой энергетической эффективностью теплово- го насоса при генерировании теплоты низкого качества (при низкой TK, т.е. высоком φ). При повышении подогрева питательной воды (сни- жении φ) эффективность ТН снижается, т.е. затраты электрической энергии парового цик- ла на привод ТН повышаются и при опреде- ленной tпв max начинают превышать эффект экономии от повышения температуры пита- тельной воды, что приводит к снижению КПД парового цикла. Следует отметить, что зна- чение tпв max одинаково как для термического, так и для эффективного КПД комбинирован- ного цикла (рис. 2), т.к. соотношение между ηe и ηe такое же, как и между ηt и ηt, поскольку ηt = ηe/ηK, ηt = ηe/ηK, а ηK для базовой ПТУ и комбинированной установки – одинаковы (ηK – КПД котла). В любом случае увеличение подогрева пи- тательной воды при помощи ТН приводит к снижению полезной электрической мощности установки, что ставит под сомнение целесо- образность ее практической реализации. Несколько другой результат может быть получен, если применить тепловой насос для генерирования теплоты в тепловую сеть с ис- пользованием сбросной теплоты и электро- энергии паротурбинной установки. В этомслу- Э Э Э Э Э Э Э Э Э K K K K K K K K ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №3 47 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ Рис. 2. Зависимость термического и эффективного КПД комбинированной установки, а также теплового коэффициента ТН от температуры пита- тельной воды: tИ = 34,6 °С, Н = 296 ккал/кг, ηt =0,374, ηe =0,344, ηK =0,92. чае вырабатываемая комбинированной уста- новкой тепловая энергия рассматривается как полезный продукт и поэтому KИТ достигает уровня ТЭЦ и выше, несмотря на снижение отданной в сеть электрической энергии. Рас- пределение потоков энергии в рассматривае- мой комбинированной установке показано на рис. 1, б. Часть μ выработанной в ПТУ электро- энергии используется на привод теплового насоса, перекачивающего тепловую энергию из низкопотенциального источника (конден- сатора паровой турбины) в тепловую сеть. В общем случае в ТН может быть исполь- зована только часть β сбросной теплоты паро- вого цикла (теплоты, отведенной в конденса- торе): β = NИ/NКОНД (4) и часть μ, выработанной ПТУ электроэнергии для его привода: μ = NТН/NПТ. (5) Для паровой турбины, работающей по циклу Ренкина, соотношение между ее мощностью и мощностью теплового потока, сбрасываемого в конденсатор, определяется равенством: 1 K T 1 e N Q H N HΠ − η = = − η , (6) где Q1 – теплота, подведенная к рабочему телу в паровом котле, H – теплоперепад, сработанный в ПТ, ηK = Q1/QТОП, ηe = H/QТОП – соответственно КПД котла и эффективный КПД турбины, QТОП – теплота сгорания топлива. С учетом равенств (4) и (5), а также известного соотношения для ТН NИ = (φ – 1) NТН, (7) из равенства (6) можно получить уравнение, связывающее μ и β: K1 ( 1) 1 e η µ = β − ϕ− η . (8) Зависимость (8) представлена на рис. 3. Как видно, увеличение качества генерируемой теплоты (увеличение TK), а также увеличение доли полезно используемой сбросной теплоты паровой турбины β даже при условии TK = const требует увеличения электрической мощности теплового насоса. При использовании всей теплоты, сбрасываемой в конденсатор, увели- чение качества генерируемой теплоты ограни- чивается условием использования в ТН всей электроэнергии, производимой ПТУ. Этому условию μ = β =1 соответствует применение в комбинированной установке теплового насоса с тепловым коэффициентом φmin = ηK/ηe. (9) Дальнейшее увеличение TK относительно значения TK max, соответствующего φmin, воз- можно либо за счет использования для при- вода ТН внешних дополнительных источни- ков электроэнергии (этот вариант мы не рас- сматриваем), либо за счет снижения мощности генерирования теплоты при μ =1, что обуслав- ливает экстремальный характер энергетиче- ских характеристик комбинированной установ- ки. Рассмотрим их. Э Э КОНД ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №348 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ В общем случае тепловая мощность, гене- рируемая тепловым насосом при использова- нии доли β от сбросной теплоты конденсато- ра турбины и соответствующей равенству (8) доли от генерируемой ПТУ электрической мощности, равна: NT = βNКОНД + μNПТ. (10) С учетом равенств (6) и (8) T TK T ( 1) 1 e N N NΠ Πϕ η = β − = µϕ ϕ− η . (11) Электрическая мощность комбинированной установки, отдаваемая в сеть, NC = NПТ – NТН = NПТ (1 – μ). (12) Коэффициент полезного использования тепло- ты топлива установки с учетом рав. (8), (11) и (12) C T K TO ( )e e N NK N Π + = = η +β η − η . (13) При β =0 комбинированная установка работает в режиме генерирования только электрической энергии, т.е. ее NT = 0, а KИТ = ηе. При β =1 KИТ = ηK независимо от качества генерируе- мой теплоты, т.е. независимо от электричес- кой мощности применяемого теплового насо- са. Это объясняется тем, что в рассматривае- мой схеме комбинированной установки теп- ловой насос не изменяет общее количество полезно выработанной энергии, т.к. его мощ- ность NTH вычитается из мощности ПТУ и входит в качестве составляющей в мощность генерируемой теплоты. В то же время при уве- личении β тепловая мощность комбинирован- ной установки увеличивается при любом φ как за счет увеличения отбираемой из конден- сатора теплоты, так и за счет увеличения мощ- ности ТН (см. рис. 3), достигая при условии (9), как это следует из уравнения (10), макси- мального значения NT = NK. При режиме ра- боты μ = β = 1 комбинированная установка по своей эффективности (KИТ) и тепловой мощности NT становится полностью адекват- ной паровому котлу, входящему в состав ПТУ, т.е. комбинированная (когенерационная) ус- тановка превращается в усложненный генера- тор теплоты, существенно превосходящий по своей стоимости стоимость простого тепло- генерирующего котла. Таким образом, наилучшие показатели рас- сматриваемой комбинированной установки достигаются при полном использовании сброс- ной теплоты паровой турбины (при β =1) и ка- честве генерируемой теплоты tK, соответству- ющем условию (9). Зависимость KИТ и NT комбинированной установки от теплового коэффициента приме- няемого теплового насоса показана на рис. 4. Ее показатели при φ > φmin соответствуют ре- жимам работы β = 1 = const и μ = var, а при φ < φmin – режимам μ = 1 = const и уменьшен- ным соответственно равенству (8) значениям β, что обуславливает снижение при этих режи- мах и NT, и KИТ. Из вышесказанного следует, что реализа- ция комбинированных установок с использо- ванием ТН, имеющих φ < φmin, лишена прак- тического смысла, т.к. такие установки, рабо- тающие в режиме генераторов только теплоты, Рис. 3. Зависимость μ = (β,φ) при условии ηK /ηe = 3, TИ =20 °С. Э Э ИТ Э Э Э Э Э ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №3 49 ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ намного дороже аналогичных по мощности и эффективности котлоагрегатов. В установках, оснащенных тепловыми на- сосами с φ > φmin, при режимах β = 1, μ <1 вы- работка теплоты становится меньшей, чем в эквивалентном по расходу топлива и эффектив- ности котле. Однако, при этом вырабатывается также согласно равенству (12) товарная элек- троэнергия, т.е. установка работает в когене- рационном режиме, благодаря чему коэффици- ент полезного использования теплоты топлива остается, как указывалось выше, максимально высоким KИТ = ηK. В связи с тем, что для когенерационных схем установить распределение затрат топли- ва по видам генерируемой энергии затрудни- тельно [3], оценим эффективность преобразо- вания паросиловой установки в комбиниро- ванную путем определения прибыльности генерирования товарной энергии различного качества. Прибыльность комбинированной ус- тановки по отношению к базовой ПТУ будем Рис. 4. Зависимость тепловой мощности и KИТ комбинированной установки от качества генерируемой тепловой энергии: ηK = 0,9, ηe =0,3, tИ =20 °С, β =1. оценивать при помощи показателя C = (CK – – CПТУ)/CПТУ, где CK – стоимость произведен- ной энергии в комбинированной установке, а CПТУ – в базовой (модернизируемой). При та- рифе τэ [грн/(кВт·ч)] на электрическую энер- гию и τТ [грн/(кВт·ч)] на тепловую стоимость продукции паротурбинной установки будет составлять CПТУ = Nэ ·τэ [грн] а комбинирован- ной CK = Nэ ·τэ + NТ·τТ [грн] за час работы. Сле- довательно, с учетом равенств (8), (11) и (12) K K T11 1 1 1 e C C    η τ = +β − ϕ −   ϕ − η τ    , а K T1 1 1 e C  β η τ = − ϕ −  ϕ − η τ   . (14) Зависимость (14) представлена на рис. 5. График построен для максимально возможных отборов теплоты из конденсатора турбины при каждом значении φ, который может быть реа- лизован. Как видим, прибыльность комбини- рованной установки слабо зависит от качества (ТK) генерируемой теплоты в диапазоне φ ≥ φmin и практически полностью определяется соот- ношением тарифов на тепловую и электричес- кую энергии – чем выше стоимость тепловой энергии по отношению к электрической, тем большую прибыль комбинированная установ- ка может обеспечить по сравнению с базовой даже в диапазоне φ < φmin. В диапазоне тарифов τT = (0,9...1,1)τэ (что близко к существующей ситуации), эффективность использования то- плива в комбинированной установке по по- лучаемой прибыли примерно в 2 раза превы- шает доход от продажи электроэнергии, вы- работанной базовой ПТУ при любом темпе- ратурном уровне генерируемой тепловым на- сосом теплоты. Представляет практический интерес срав- нение показателей эффективности комбини- рованной установки с теплофикационной, выполненной, например, на базе противодав- ленческой паровой турбины. Для этого следу- ет предположить, что температура пара после турбины равна температуре в конденсаторе теплового насоса, т.е. температура пара за про- тиводавленческой турбиной по сравнению с ПТ С э э ПТУ ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №350 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ базовой конденсационной ПТУ должна быть повышена на величину Δt, равную повыше- нию температуры теплоносителя в тепловом насосе. При этом увеличится теплосодержа- ние питательной воды на величину Δi [ккал/кг] (численно равную Δt [°С]), в результате чего уменьшится теплота использованного топлива до величины (Q1 – Δi)/ηK, где Q1 – теплота, под- веденная к рабочему телу (пару) в паровом котле базовой конденсационной ПТУ. Вмес- те с этим теплосодержание пара за противо- давленческой турбиной увеличится примерно на величину Δi/ηoi, а отведенная от пара теп- лота в процессе конденсации – на величину Δi(1/ηoi – 1) по сравнению с конденсационной турбиной (ηoi – относительный внутренний Рис. 5. Зависимость от φ прибыли от продажи выработанной комбинированной установкой энергии по сравнению с базовой ПТУ при использовании в ТН всей сбросной теплоты конденсатора: φmin = ηK/ηe, ηK = 0,9, ηe = 0,3 КПД турбины). При Δt =30 °С это увеличе- ние не превышает 1 %. Поэтому можно счи- тать, что отведенная от пара теплота при его конденсации как в комбинированной, так и в противодавленческой схеме – примерно оди- наковы. Однако, по величине полезно выра- ботанной тепловой и электрической энергии сравниваемые схемы существенно отличают- ся, хотя максимальный KИТ у них одинаков и равен ηK. В комбинированной схеме, как уже указывалось выше, полезно выработанная электроэнергия уменьшается на величину NТН по сравнению с базовой ПТУ, однако при этом тепловой эквивалент NТН прибавляется к теплоте, отбираемой из конденсатора тур- бины. Поэтому теплота, отдаваемая в сеть комбинированной установкой на величину NТН больше, теплоты отдаваемой в сеть про- тиводавленческой установкой. В то же время снижение полезной электрической мощнос- ти противодавленческой турбины, вызванное уменьшением срабатываемого в ней тепло- перепада, значительно меньшее величины NТН, и поэтому при одинаковом KИТ противодав- ленческая установка будет вырабатывать в суммарном продукте больше электрической и меньше тепловой энергии, чем комбиниро- ванная установка, при меньшей затрате то- плива. Поэтому выбор той или иной схемы совместной выработки тепловой и электри- ческой энергии будет определятся технико- экономическими расчетами когенерационных установок с учетом соотношения тарифов на вырабатываемые виды энергии. В заключение следует сказать несколько слов о возможных путях реализации рас- сматриваемой комбинированной установки. Если в качестве рабочего тела для теплового насоса выбрать воду, то отпадает необходи- мость в испарителе для ТН – водяной пар с выхлопа паровой турбины попадает непо- средственно в компрессор ТН, благодаря чему устраняется перепад температур теплоноси- телей в теплообменнике и температура «холод- ного» источника становиться максимально воз- можной, тепловой коэффициент увеличивает- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №3 51 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ ся, а затраты энергии на привод ТН – снижа- ются. Одновременно с этим давление за па- ровой турбиной снижается, что приводит к увеличению её мощности в результате эффек- тивность комбинированной установки суще- ственно повышается. Следует отметить, что тепловые насосы с водяным паром в качестве рабочего тела прошли успешные испытания на ТЭЦ-28 ОАО «Мосэнерго» [4]. Из приведенного выше анализа совмест- ной работы паросиловой установки (ПСУ) с тепловым насосом, использующим генери- руемую ПСУ электроэнергию и ее сбросную теплоту, следует: 1. Комбинированная энергетическая уста- новка с тепловым насосом является одной из разновидностей когенерационных схем, в ко- торых ТН выполняет роль своеобразного ути- лизатора низкопотенциальной сбросной теп- лоты базовой электрогенерирующей установ- ки, производящего теплоту с затратами соб- ственной электроэнергии установки. Поэтому производство товарной электроэнергии в ком- бинированной установке зависит от объемов и качества производимой теплоты, что отличает комбинированную установку от традиционной когенерационной (с котлом – утилизатором), электрическая мощность которой не зависит от тепловой нагрузки установки. 2. Комбинированная установка работает в качестве когенерационной только с тепловыми насосами, имеющими тепловой коэффициент φ > ηK/ηe где ηK – КПД котла, а ηe – эффектив- ный КПД базовой ПТУ. При полном исполь- зовании сбросной теплоты ПТУ KИТ комби- нированной установки не зависит от мощнос- ти применяемого ТН и равен КПД котла. При снижении φ тепловая мощность комби- нированной установки увеличивается, дости- гая тепловой мощности котла при φ = ηK/ηe. Однако при дальнейшем снижении φ < ηK/ηe установка товарную электроэнергию не выра- батывает, а ее KИТ резко уменьшается, т.е. она становится неконкурентноспособной по срав- нению с обычным теплофикационным котлом. 3. Использование теплового насоса для повышения экономичности ПТУ, например, путем утилизации сбросной теплоты конден- сатора в системе подогрева питательной во- ды котла, лишено практического смысла, т.к. повышение КПД установки не превышает 1 % абс. и наблюдается в ограниченном диапазоне температур питательной воды (примерно до 100 °С), а товарная электрическая мощность комбинированной установки снижается на ве- личину NТН по сравнению с базовой ПТУ. ЛИТЕРАТУРА 1. Клименко В.Н. Некоторые особенности применения парокомпрессионных тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты отопительных котлов // Пром. теплотехника. – 2011. – T. 33, № 5. – C. 42-48. 2. Софийский И.Ю., Мирошниченко С.Т. Возможность использования теплонасосных технологий на АЭС //Зб. наук. праць СНУЯЕ та П. – Севастополь. – 2009. – C. 58–61. 3. Клименко В.Н., Мазур А.И., Сабашук П.П. Когенерационные системы с тепловыми двигателями. Ч.1 – Общие вопросы когенера- ционных технологий. – Киев. – ИПЦ Алкон НАН Украины, 2008. – 560 с. 4. Беляев В.Е., Косой А.С., Соколов Ю.Н. Теплонасосные установки нового поколения и их использование в качестве высокоэффек- тивной энергосберегающей и экологически чистой энерготехнологии для горячего водо- снабжения // Новости теплоснабжения. – 2006, № 8. – C. 43–48. Получено 14.03.2012 г.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-59175
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0204-3602
language	Russian
last_indexed	2025-11-28T08:49:30Z
publishDate	2012
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
record_format	dspace
spelling	Клименко, В.Н. 2014-04-06T19:19:53Z 2014-04-06T19:19:53Z 2012 Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов / В.Н. Клименко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 3. — С. 44-51. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59175 621.577+621.186.8 Рассмотрены возможности создания комбинированных энергетических схем на базе конденсационных паротурбинных установок и тепловых насосов, утилизирующих низкопотенциальную сбросную теплоту паровых турбин. Розглянуті можливості створення комбінованих енергетичних схем на основі конденсаційних паротурбінних установок з використанням теплових насосів з метою утилізації скидної низькопотенційної теплоти парових турбін. Work is dedicated to the consideration of possibilities of energy schemes designation based on combined application of condensing steam turbine installations and heat pumps utilizing low-grade waste heat from steam turbine operation. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теплоэнергетические установки Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов Combined heat and power generation systems based on condensation steam turbine and heat pumps Article published earlier
spellingShingle	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов Клименко, В.Н. Теплоэнергетические установки
title	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов
title_alt	Combined heat and power generation systems based on condensation steam turbine and heat pumps
title_full	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов
title_fullStr	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов
title_full_unstemmed	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов
title_short	Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов
title_sort	комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов
topic	Теплоэнергетические установки
topic_facet	Теплоэнергетические установки
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59175
work_keys_str_mv	AT klimenkovn kombinirovannyeénergetičeskieustanovkinabazekondensacionnyhparovyhturbiniteplovyhnasosov AT klimenkovn combinedheatandpowergenerationsystemsbasedoncondensationsteamturbineandheatpumps

Комбинированные энергетические установки на базе конденсационных паровых турбин и тепловых насосов

Institution

Similar Items