Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса
. К основным проблемам, связанным с повышением эффективности работы шахтных когенерационных энергокомплексов, следует отнести вопросы рационального использования угольного метана в энергетических объектах, а также максимального потребления выработанных при этом тепловой и электрической энергий. В ст...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60041 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса / И.Л. Дякун, И.Ю. Козарь // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 110. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60041 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. 2014-04-11T10:37:06Z 2014-04-11T10:37:06Z 2013 Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса / И.Л. Дякун, И.Ю. Козарь // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 110. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60041 622.012:620.92 . К основным проблемам, связанным с повышением эффективности работы шахтных когенерационных энергокомплексов, следует отнести вопросы рационального использования угольного метана в энергетических объектах, а также максимального потребления выработанных при этом тепловой и электрической энергий. В статье рассмотрены следующие варианты когенерационных схем: схема силовой установки, состоящей из газопоршневой установки, на валу которой установлена реактивная гидропаровая турбина и схема с размещением ротиводавленческой и реактивной гидропаровой турбин на одном валу с газопоршневой установкой. Проведен сравнительный анализ энергетической эффективности рассматриваемых когенерационных схем при различных режимах работы теплового контура газопоршневой установки. Выполненный ана лиз показал, что при соответствующих схемных и конструктивных решениях утилизации тепла энергетических модулей шахтных энергокомплексов КПД по выработке тепла и электроэнергии достигает 75 %. Это свидетельствует об инвестиционной привлекательности рассмотренных когенерационных схем. До основних проблем, пов'язаних з підвищенням ефективності роботи шах тних когенераційних енергокомплексів, слід віднести питання раціонального використання вугільного метану в енергетичних об'єктах, а також максимального споживання вироблених при цьому теплової та електричної енергій. У статті розглянуті наступні варіанти коген ераційних схем: силова установка, котра включає газопоршневу установку, на валу якої встановлена реактивна гідропарова турбіна і схема з розташуванням протитискової та реактивної гідропарової турбін на одному валу з газопоршневою установкою. Проведено порівняльний аналіз енергетичної ефективності розглянутих когенераційних схем при різних режимах р оботи теплового контуру газопоршневої установки. Виконаний аналіз показав, що при відповідних схемних і конструктивних рішеннях утилізації тепла енергетичних модулів шахтних енергокомплексів ККД з вироблення тепла та електроенергії досягає 75%. Це свідчить про інвестиційну привабливість розглянутих когенераційних схем. До основних проблем, пов'язаних з підвищенням ефективності роботи шах тних когенераційних енергокомплексів, слід віднести питання раціонального використання вугільного метану в енергетичних об'єктах, а також максимального споживання вироблених при цьому теплової та електричної енергій. У статті розглянуті наступні варіанти коген ераційних схем: силова установка, котра включає газопоршневу установку, на валу якої встановлена реактивна гідропарова турбіна і схема з розташуванням протитискової та реактивної гідропарової турбін на одному валу з газопоршневою установкою. Проведено порівняльний аналіз енергетичної ефективності розглянутих когенераційних схем при різних режимах р оботи теплового контуру газопоршневої установки. Виконаний аналіз показав, що при відповідних схемних і конструктивних рішеннях утилізації тепла енергетичних модулів шахтних енергокомплексів ККД з вироблення тепла та електроенергії досягає 75%. Це свідчить про інвестиційну привабливість розглянутих когенераційних схем. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса Енергетична ефективність когенераційних схем шахтного енергокомплексу Energy efficiency of the cogeneration schemes in the mine energetic complex Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса |
| spellingShingle |
Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. |
| title_short |
Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса |
| title_full |
Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса |
| title_fullStr |
Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса |
| title_full_unstemmed |
Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса |
| title_sort |
энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса |
| author |
Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. |
| author_facet |
Дякун, И.Л. Козарь, И.Ю. |
| publishDate |
2013 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Енергетична ефективність когенераційних схем шахтного енергокомплексу Energy efficiency of the cogeneration schemes in the mine energetic complex |
| description |
. К основным проблемам, связанным с повышением эффективности работы шахтных когенерационных энергокомплексов, следует отнести вопросы рационального использования угольного метана в энергетических объектах, а также максимального потребления выработанных при этом тепловой и электрической энергий. В статье рассмотрены следующие варианты когенерационных схем: схема силовой установки, состоящей из газопоршневой установки, на валу которой установлена реактивная гидропаровая турбина и схема с размещением ротиводавленческой и реактивной гидропаровой турбин на одном валу с газопоршневой установкой. Проведен сравнительный анализ энергетической эффективности рассматриваемых когенерационных схем при различных режимах работы теплового контура газопоршневой установки. Выполненный ана лиз показал, что при соответствующих схемных и конструктивных решениях утилизации тепла энергетических модулей шахтных энергокомплексов КПД по выработке тепла и электроэнергии достигает 75 %. Это свидетельствует об инвестиционной привлекательности рассмотренных когенерационных схем.
До основних проблем, пов'язаних з підвищенням ефективності роботи шах тних когенераційних енергокомплексів, слід віднести питання раціонального використання вугільного метану в енергетичних об'єктах, а також максимального споживання вироблених при цьому теплової та електричної енергій. У статті розглянуті наступні варіанти коген ераційних схем: силова установка, котра включає газопоршневу установку, на валу якої встановлена реактивна гідропарова турбіна і схема з розташуванням протитискової та реактивної гідропарової турбін на одному валу з газопоршневою установкою. Проведено порівняльний аналіз енергетичної ефективності розглянутих когенераційних схем при різних режимах р оботи теплового контуру газопоршневої установки. Виконаний аналіз показав, що при відповідних схемних і конструктивних рішеннях утилізації тепла енергетичних модулів шахтних енергокомплексів ККД з вироблення тепла та електроенергії досягає 75%. Це свідчить про інвестиційну привабливість розглянутих когенераційних схем.
До основних проблем, пов'язаних з підвищенням ефективності роботи шах тних когенераційних енергокомплексів, слід віднести питання раціонального використання вугільного метану в енергетичних об'єктах, а також максимального споживання вироблених при цьому теплової та електричної енергій. У статті розглянуті наступні варіанти коген ераційних схем: силова установка, котра включає газопоршневу установку, на валу якої встановлена реактивна гідропарова турбіна і схема з розташуванням протитискової та реактивної гідропарової турбін на одному валу з газопоршневою установкою. Проведено порівняльний аналіз енергетичної ефективності розглянутих когенераційних схем при різних режимах р оботи теплового контуру газопоршневої установки. Виконаний аналіз показав, що при відповідних схемних і конструктивних рішеннях утилізації тепла енергетичних модулів шахтних енергокомплексів ККД з вироблення тепла та електроенергії досягає 75%. Це свідчить про інвестиційну привабливість розглянутих когенераційних схем.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60041 |
| citation_txt |
Энергетическая эффективность когенерационных схем шахтного энергокомплекса / И.Л. Дякун, И.Ю. Козарь // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 110. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT dâkunil énergetičeskaâéffektivnostʹkogeneracionnyhshemšahtnogoénergokompleksa AT kozarʹiû énergetičeskaâéffektivnostʹkogeneracionnyhshemšahtnogoénergokompleksa AT dâkunil energetičnaefektivnístʹkogeneracíinihshemšahtnogoenergokompleksu AT kozarʹiû energetičnaefektivnístʹkogeneracíinihshemšahtnogoenergokompleksu AT dâkunil energyefficiencyofthecogenerationschemesinthemineenergeticcomplex AT kozarʹiû energyefficiencyofthecogenerationschemesinthemineenergeticcomplex |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:22Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:22Z |
| _version_ |
1850569169932648448 |
| fulltext |
УДК 622.012:620.92
7
Дякун И.Л.
Козарь И.Ю.
(ИГТМ НАН Украины)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ СХЕМ
ШАХТНОГО ЭНЕРГОКОМПЛЕКСА
Дякун І.Л.
Козар І.Ю.
(ІГТМ НАН України)
ЕНЕРГЕТИЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ КОГЕНЕРАЦІЙНИХ СХЕМ
ШАХТНОГО ЕНЕРГОКОМПЛЕКСУ
Dyakun I.L.
Kozar I.Y.
(IGTM NAS of Ukraine)
ENERGY EFFICIENCY OF THE CO-GENERATION SCHEMES
IN THE MINE ENERGETIC COMPLEX
Аннотация. К основным проблемам, связанным с повышением эффективности работы шахт-
ных когенерационных энергокомплексов, следует отнести вопросы рационального использования
угольного метана в энергетических объектах, а также максимального потребления выработанных
при этом тепловой и электрической энергий. В статье рассмотрены следующие варианты когене-
рационных схем: схема силовой установки, состоящей из газопоршневой установки, на валу кото-
рой установлена реактивная гидропаровая турбина и схема с размещением противодавленческой и
реактивной гидропаровой турбин на одном валу с газопоршневой установкой. Проведен сравни-
тельный анализ энергетической эффективности рассматриваемых когенерационных схем при раз-
личных режимах работы теплового контура газопоршневой установки. Выполненный анализ по-
казал, что при соответствующих схемных и конструктивных решениях утилизации тепла энерге-
тических модулей шахтных энергокомплексов КПД по выработке тепла и электроэнергии дости-
гает 75 %. Это свидетельствует об инвестиционной привлекательности рассмотренных когенера-
ционных схем.
Ключевые слова: когенерация, газопоршневая установка, гидропаровая турбина.
Одним из перспективных направлений развития энергетики является созда-
ние энергокомплексов, располагающихся в непосредственной близости от
угольных шахт и перерабатывающих низкосортные угли, отходы углеобогаще-
ния и метан в тепловую и электрическую энергии. Эффективность работы
шахтных энергокомплексов во многом зависит от реализации в их тепловых
схемах принципа когенерации [1].
Сегодня когенерация в Украине находится на этапе развития, но уже сейчас
заметна выгода использования когенерационных установок [2, 3]. В таких уста-
новках наряду с электричеством, вырабатывается тепло, которое может полезно
7
© Дякун И.Л., Козарь И.Ю., 2013
использоваться на месте производства. Отсутствие теплотрасс – существенно
удешевляет стоимость такого тепла. Когенерация удешевляет и стоимость элек-
троэнергии. Отсутствие поставщика и необходимости содержания электропод-
станций, делают электрическую энергию дешевле до пяти раз. Если прибавить
к этому независимость от перепадов в электросети и аварий на теплотрассах, то
становится очевидно, что когенерация – это эффективный подход к энергетиче-
ской независимости угольных предприятий.
Известно, что максимальные технико-экономические показатели работы
шахтного энергокомплекса могут быть достигнуты при наиболее полной реали-
зации как тепловой, так и электрической энергий, вырабатываемых энергоком-
плексом. На практике, к сожалению, это не всегда выполняется, в силу тех или
иных причин. Так, например, в энергокомплексе на Восточной промплощадке
шахты им. А.Ф. Засядько реализован минимальный режим работы с выработ-
кой основной электроэнергии с КПД 43 % и сбросом тепловой энергии системы
охлаждения газопоршневого двигателя через воздушные радиаторы в атмосфе-
ру [2]. Это обуславливает необходимость разработки специальных схемных
решений для утилизации тепловой энергии, вырабатываемой шахтными энер-
гокомплексами.
В работе [4] была предложена и исследована принципиальная схема силовой
установки [5], состоящей из газопоршневой установки (ГПУ), на валу которой
установлена реактивная гидропаровая турбина (ГПТ) (рис.1). Данное схемное
решение позволяет шахтному энергокомплексу вырабатывать дополнительную
электроэнергию путем утилизации тепла системы охлаждения ГПУ. Установка
гидропаровой турбины, реализующей тепловую энергию горячей воды системы
охлаждения ГПУ, в кинематическую цепь силовой установки обеспечивает не-
посредственную передачу механической энергии турбины в крутящий момент
на валу двигателя. Следовательно, при постоянном расходе газа обеспечивается
увеличение электрической мощности, отдаваемой в сеть генератором, т. е. уве-
личивается коэффициент полезного действия (КПД) установки.
Рис. 1 – Когенерационная схема силовой установки
В работе [6] было проведено исследование другой когенерационной схемы с
размещением противодавленческой турбины (ПТ) и реактивной ГПТ на одном
валу с ГПУ (рис. 2). В рассматриваемом схемном решении используется избы-
точное тепло, как от ГПУ, так и от ПТ. Достоинством данного схемного реше-
ния является то, что такие основные энергетические модули как ГПТ, ГПУ и
ПТ располагаются на едином валу с одним электрическим генератором. Это по-
вышает надежность работы когенерационной схемы и снижает капитальные за-
траты. При работе шахтного энергокомплекса по схеме силовой установки вы-
рабатывается только дополнительная электрическая энергия, а при работе по
схеме с размещением ПТ и ГПТ на одном валу с ГПУ вырабатывается дополни-
тельно, как электрическая, так и тепловая энергия.
Рис. 2 – Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин
на одном валу с газопоршневой установкой
К – котельный агрегат; Р1, Р2 – редукторы; ТО1, ТО2 – теплообменные аппараты; РППВ
- регенеративный подогрев питательной воды
Целью данной статьи является сравнение энергетической эффективности
рассматриваемых когенерационных схем при различном исполнении теплового
контура ГПУ.
Исследование энергетической эффективности рассматриваемой силовой ус-
тановки (рис.1), состоящей из ГПУ и ГПТ, был проведен по методике, описан-
ной в статье [4]. При расчете данной схемы расход и параметры состояния ра-
бочего тела известны, а также учитывалось, что горячая вода с выхода теплово-
го контура ГПУ подается на вход ГПТ без предварительного подогрева в теп-
лообменнике.
Методика расчета когенерационной схемы, представленной на рис. 2, за-
ключалась в определении расходов и параметров состояния рабочего тела, а на
их основе энергетических показателей схемы [7]. Числами в кружках пронуме-
рованы узловые точки, в которых производился расчет. Расходы находились в
результате совместного решения системы уравнений материального и энерге-
тического баланса элементов схемы и узлов смешения и разделения потоков.
Температура на выходе из теплообменника после тепловой нагрузки принима-
лась равной 75
0
С. Температура воды на выходе из конденсатора была принята
равной температуре на входе теплового контура ГПУ. Величина тепловой на-
грузки рассчитывалась исходя из условий подогрева воды, выходящей из теп-
лового контура ГПУ, и питательной воды котла до максимальной температуры
при заданном давлении.
Основные формулы, по которым выполнялись расчеты, приведены ниже.
Теплообменные аппараты, в которых греющей средой является перегретый
пар, а нагреваемой вода, описываются уравнением теплового баланса
1в2ввв
та
2п1пп ttcGiiG ,
где пG − расход пара, кг/с; 1пi , 2пi − энтальпия пара на входе и выходе из аппа-
рата, Дж/кг; та − КПД теплообменного аппарата; вG − расход нагреваемой
воды, кг/с; вc − удельная теплоемкость воды, Дж/кг∙град; 1вt , 2вt − начальная и
конечная температура воды,
0
С.
Во всех случаях принималось, что греющая среда на выходе из теплообмен-
ных аппаратов представляет собой конденсат с температурой, равной темпера-
туре насыщения при давлении греющего пара в аппарате. Система регенера-
тивного подогрева питательной воды включает в себя деаэраторы, а сами де-
аэраторы являются узлами смешения потоков воды и пара. Уравнение теплово-
го баланса этих аппаратов может быть записано в виде
0iGiG jj
да
пп ,
где да − КПД деаэратора, учитывающий потери тепла в окружающую среду;
jG , ji − расход и энтальпия потоков воды и пара, поступающих или уходящих
из деаэратора по j-тым ветвям, кг/с и Дж/кг соответственно.
Расход топлива на паровой котел определялся по следующему уравнению [8]
с
н
К
КК
Q
QG
B
, кг/с,
где КG − производительность котельного агрегата, кг/с; КQ – количество теп-
ла, полученное в котле питательной водой при ее превращении в пар, Дж/кг;
К – коэффициент полезного действия котла; с
нQ – низшая теплота сгорания
топлива, Дж/кг (Дж/м
3
). В расчетах используется низшая теплота сгорания ус-
ловного топлива равная 29308с
нQ кДж/кг.
Для котлов, в которых производится перегретый пар, величина кQ выража-
ется в виде
в.пв.ппК ii
100
П
)ii(Q , Дж/кг,
где пi , впi . , i – соответственно энтальпии перегретого пара, питательной воды
и котловой воды (принимаемая равной энтальпии воды при температуре кипе-
ния), Дж/кг; П – доля непрерывной продувки, % (составляет 2–5 % от кm ).
Для паровых и гидропаровых турбин тепловая (внутренняя) мощность нахо-
дилась по выражению
s
2121
т iiGiiGN , Вт, (1)
где G − расход рабочего тела через турбину, кг/с; 1i , 2i − энтальпия рабочего
тела на входе и выходе из турбины, Дж/кг; 2i − энтальпия рабочего тела на вы-
ходе из турбины при изоэнтропном расширении, Дж/кг; s − изоэнтропный
КПД турбины.
С учетом выражения (1) электрическая мощность турбогенератора равна
гмтэ NN , Вт,
где м и г − соответственно механический КПД турбины и КПД электриче-
ского генератора.
КПД по выработке электрической энергии для рассматриваемых схем опре-
делялись так
п
ГПУ
э
ГПТ
э
ГПУэ
N
NN
,
п
К
п
ГПУ
э
ГПТ
э
ПТ
э
ГПУэ
NN
NNN
,
где э
ГПУN , э
ПТN , э
ГПТN – соответственно электрическая мощность газопорш-
невой установки, противодавленческой и гидропаровой турбин, Вт; п
ГПУN , п
КN
– соответственно подводимая к ГПУ и паровому котлу энергия топлива, Вт.
Подводимая к паровому котлу энергия топлива равна
с
н
п
К QВN , Вт.
КПД по выработке тепловой энергии для схемы, представленной на рис. 2,
находился так
п
К
п
ГПУ
ТНт
NN
N
,
где ТНN − мощность тепловой нагрузки, Вт.
В качестве исходных расчетных данных предлагается следующее теплотех-
ническое оборудование:
-два паровых котла Е-10-2,4-380 Ф и один котел Е-6,5-2,4-380 Ф Бийского
котельного завода со следующими параметрами пара: суммарная паропроизво-
дительность 26,5 т/ч; давление 2,35 МПа; температура – 380
0
С. Температура
питательной воды перед котлом равна 105
0
С;
- противодавленческая турбина Р-2,5-2,1/0,3 Калужского турбинного заво-
да с параметрами пара: номинальный расход 27,63 т/ч; давление 2,35 МПа;
температура 380
0
С; давление за турбиной 0,4 МПа; температура за турбиной
207
0
С. Номинальная электрическая мощность турбины равна 2500 кВт;
- газопоршневая установка JMS-620 GS-N.L фирмы «Jenbacher»: электриче-
ская мощность равна 3035 кВт, а подводимая энергия топлива − 7076 кВт.
Рассматривалось три варианта исполнения теплового контура ГПУ: с темпе-
ратурными графиками охлаждающей воды 60/80
0
С, 70/90
0
С, 70/110
0
С и ути-
лизируемыми тепловыми мощностями 3187 кВт, 3021 кВт, 2921 кВт, соответст-
венно. Параметры ГПТ подбирались исходя из условий максимальной мощно-
сти, отсутствия запирающих эффектов и кавитации в ее каналах.
В табл. 1 показаны результаты расчетов параметров состояния рабочего тела
и его расходов по узловым точкам для схемы, представленной на рис.2, при
различном исполнении теплового контура ГПУ.
Таблица 1 – Параметры состояния рабочего тела и расходы по узловым точкам
№ узловой
точки
Расход го-
рячей воды
(пара) G,
кг/с
Давление
p, МПа
Температура
t,
0
С
Энтальпия
i, кДж/кг
Энтропия s,
кДж/кгК
1 7,36 2,35 380,00 3197,82 6,98
2 7,36 0,40 207,00 2875,64 7,20
3
60/80 ºС 4,26
0,40 207,00 2875,64 7,20 70/90 ºС 3,36
70/110 ºС 0,98
4
60/80 ºС 4,26
0,40 143,61 604,72 1,78 70/90 ºС 3,36
70/110 ºС 0,98
5
60/80 ºС 38,11
0,40
80,00 335,23 1,08
70/90 ºС 36,07 90,00 377,22 1,19
70/110 ºС 17,38 110,00 461,55 1,42
6
60/80 ºС 38,11
0,40 140,00 589,23 1,74 70/90 ºС 36,07
70/110 ºС 17,38
7
60/80 ºС 38,11 0,02 60,00 553,67
1,74 70/90 ºС 36,07
0,03 70,00 562,14
70/110 ºС 17,38
8
60/80 ºС 38,11 0,02 60,00 251,15 0,83
70/90 ºС 36,07
0,03 70,00 293,02 0,96
70/110 ºС 17,38
9
60/80 ºС 38,11
0,40
60,01 251,53 0,83
70/90 ºС 36,07
70,02 293,39 0,96
70/110 ºС 17,38
10
60/80 ºС 2,8
0,40 207,00 2875,64 7,20 70/90 ºС 3,59
70/110 ºС 5,71
11
60/80 ºС 2,8
0,40 75,00 314,27 1,02 70/90 ºС 3,59
70/110 ºС 5,71
12
60/80 ºС 0,30
0,40 207,00 2875,64 7,20 70/90 ºС 0,41
70/110 ºС 0,68
13 7,36 0,40 139,89 588,70 1,74
14 7,36 2,35 140,00 590,91 1,74
В табл. 2 приведен сравнительный анализ энергетической эффективности
рассматриваемых когенерационных схем (рис.1, 2) шахтного энергокомплекса.
Анализ табл. 2 показывает, что установка ГПТ в кинематическую цепь си-
ловой установки при постоянном расходе газа повышает электрическую мощ-
ность, отдаваемую в сеть генератором. В результате КПД шахтного энергоком-
плекса по выработке электроэнергии увеличивается и достигает максимального
значения 45 % при исполнении теплового контура ГПУ с самой высокой темпе-
ратурой 70/110 ºС.
Таблица 2 − Энергетическая эффективность когенерационных схем
шахтного энергокомплекса
Параметры
Температурный график ГПУ
60/80 ºС 70/90 ºС 70/110 ºС
1. Подводимая к ГПУ энергия топлива п
ГПУN ,
кВт
7076
2. Электрическая мощность ГПУ э
ГПУN , кВт 3035
3. Тепловая мощность ГПУ т
ГПУN , кВт 3187 3021 2921
4. Расход охлаждающей воды ГПУ, ГПУG , кг/с 38,11 36,07 17,38
Схема силовой установки
5. Электрическая мощность ГПТ э
ГПТN , кВт 98,6 91,3 141,9
6. КПД по выработке электроэнергии э , % 44 44 45
7. КПД по выработке тепла т - - -
Схема с размещением ГПТ и ПТ на одном валу с ГПУ
8. Подводимая к котлу энергия топлива п
КN ,
кВт
19783
9. Электрическая мощность ПТ э
ПТN , кВт 2220
10. Электрическая мощность ГПТ э
ГПТN , кВт 1127,7 813,0 391,9
11. Мощность тепловой нагрузки ТНN , кВт 7163 9195 14617
12. КПД по выработке электроэнергии э , % 24 23 21
13. КПД по выработке тепла т , % 27 34 54
14. Суммарный КПД по выработке тепла и
электроэнергии , %
51 57 75
При работе шахтного энергокомплекса на базе когенерационной схемы с
размещением ГПТ и ПТ на одном валу с ГПУ вырабатывается, как электриче-
ская, так и тепловая энергия. Выполненный анализ показывает, что при соот-
ветствующих схемных и конструктивных решениях утилизации горячей воды
энергетических модулей шахтных энергокомплексов суммарный КПД по выра-
ботке тепла и электроэнергии изменяется от 51 % до 75 % в зависимости от
температурного графика охлаждающей воды ГПУ. Поэтому для схемы с раз-
мещением ГПТ и ПТ на одном валу с ГПУ выбор варианта исполнения тепло-
вого контура ГПУ зависит от потребностей шахты в тепловой энергии. Рацио-
нальной схемой покрытия тепловых нагрузок шахт является такая схема, при
которой в зимнее время вырабатываемая энергокомплексом тепловая энергия
направляется на отопление и горячее водоснабжение. В летнее время избыток
тепловой энергии должен использоваться либо для реализации теплоэнергоем-
ких технологий (испарение шахтной воды, производство стройматериалов,
обессеривание угля, кондиционирование шахтной атмосферы и т.д.), либо от-
пускаться сторонним потребителям. Кроме того, в результате расчетов было
установлено, что подогрев питательной воды перед котлом от 105
0
С до 140
0
С,
позволяет сократить расход условного топлива на паровой котел приблизитель-
но на 140 кг/ч.
Таким образом, на основе исследования, выполненного в статье, можно сде-
лать вывод об эффективности использования рассмотренных когенерационных
схем для достижения максимальных технико-экономических показателей рабо-
ты шахтного энергокомплекса.
–––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат, А.Ф. Научно-технические основы создания шахтных когенерационных энергетических
комплексов / А.Ф. Булат, И.Ф. Чемерис. – К.: Наукова думка, 2006. – 176 с.
2. Федоров, С.Д. Проблема утилизации шахтного метана в когенерационных установках и пути
ее решения на примере шахты им. А.Ф. Засядько / С.Д. Федоров, С.В. Облакевич, О.П. Радюк // Про-
мелектро. – 2006. – № 5. – С. 35 - 39.
3. Баласанян, Г.А. Оценка эффективности интегрированных когенерационных систем
//Экотехнологии и ресурсосбережение. − 2006. − № 3. − С. 9 – 12.
4. Чемерис, И.Ф. Утилизация шахтного метана на базе газопоршневой установки с гидропаровой
турбиной / И.Ф. Чемерис, И.Ю. Комлева, И.Л. Дякун // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн.
тр. - 2011. – Вып. 94. – С. 239-248.
5. Пат. 92294 Украина, (51)МПК(2009) F02G 5/00, F01B 21/00. Силова установка / Булат А.Ф.,
Чемерис І.Ф., Комлева І.Ю.; заявитель и патентообладатель ИГТМ НАН Украины. -№ а200912402;
Заявл. 01.12.09; Опубл. 11.10.10, Бюл. № 19. – 4 с.
6. Дякун, И.Л. Схема когенерации с размещением противодавленческой и гидропаровой турбин
на общем валу с газопоршневой установкой / И.Л. Дякун, И.Ю. Козарь // Геотехническая механика:
Межвед. сб. научн. тр.- 2012. – Вып. 103. – С. 88-93.
7. Рыжкин, В.Я. Тепловые электирические станции. – М.: Энергия, 1976. – 447 с.
8. Теплотехника (курс общей теплотехники) / Под ред. И.Н. Сушкин. − 2-е изд. перераб. – М.:
Металлургия, 1973. – 480 с.
REFERENCES
1. Bulat, A.F. and Chemeris, I.F. (2006), Nauchno-tehnicheskie osnovyi sozdaniya shahtnyih kogenerat-
sionnyih energeticheskih kompleksov [Scientific and technical basis for mine cogeneration power complex-
es], Naukova dumka, Kyiv, Ukraine.
2. Fedorov, S.D, Oblakevich, S.V.and Radyuk, O.P. (2006), “The problem of coal mine methane utiliza-
tion in cogeneration units and ways to solve them by the example of mine A.F Zasjad'ko”, Promelektro,
no.5, pp.35-39.
3. Balasanyan, G.A. (2006) “Assessment of the effectiveness of integrated cogeneration systems”, Eko-
tehnologii i resursosberezhenie, no.3, pp.9-12.
4. Chemeris, I.F., Komleva, I.Y. and Dyakun, I.L. (2011), “The Utilization of mine methane on the base
of gas engine setting with a steam-water turbine”, Geotekhnicheskaya Mekhanika [Geo-Technical Mechan-
ics], no. 94, pp. 239-248.
5. Bulat, A.F., Chemeris, I.F. and Komleva, I.Y., M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics
under the NAS of Ukraine (2009), Silova ustanovka [Power-plant], State Register of Patents of Ukraine,
Kiev, UA, Pat.№92294.
6. Dyakun, I.L. and Kozar, I.Y. (2012), “Cogeneration scheme with the placement back-pressure and
steam-water turbines on a common shaft with a gas engine setting”, Geotekhnicheskaya Mekhanika [Geo-
Technical Mechanics], no.103, pp. 88-93.
7. Ryizhkin, V.Ya. (1976), Teplovyie elektricheskie stantsii [Thermal power plants], Energiya, Moscow,
Russia.
8. Sushkin, I.N. (ed.) (1973), Teplotehnika (kurs obschey teplotehniki) [Thermotechnics (Thermal Engi-
neering course in general)], 2nd ed., Metallurgiya, Moscow, Russia.
––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Дякун Инна Леонидовна, младший научный сотрудник отдела проблем шахтных энергетических
комплексов, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук
Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина, dyakun@ukr.net
Козарь Ирина Юрьевна, инженер I категории отдела проблем шахтных энергетических комплек-
сов, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины
(ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина, ira_kom@ua.fm
About the authors
Dyakun Inna Leonidovna, Junior Researcher in Department of Mine Energy Complexes,
M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine
(IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, dyakun@ukr.net
Kozar Iryna Yurevna, Engineer in Department of Mine Energy Complexes, M.S. Polyakov Institute of
Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dneprope-
trovsk, Ukraine, ira_kom@ua.fm
––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. До основних проблем, пов'язаних з підвищенням ефективності роботи шахт-
них когенераційних енергокомплексів, слід віднести питання раціонального використання
вугільного метану в енергетичних об'єктах, а також максимального споживання вироблених
при цьому теплової та електричної енергій. У статті розглянуті наступні варіанти когенера-
ційних схем: силова установка, котра включає газопоршневу установку, на валу якої встано-
влена реактивна гідропарова турбіна і схема з розташуванням протитискової та реактивної
гідропарової турбін на одному валу з газопоршневою установкою. Проведено порівняльний
аналіз енергетичної ефективності розглянутих когенераційних схем при різних режимах ро-
боти теплового контуру газопоршневої установки. Виконаний аналіз показав, що при відпо-
відних схемних і конструктивних рішеннях утилізації тепла енергетичних модулів шахтних
енергокомплексів ККД з вироблення тепла та електроенергії досягає 75%. Це свідчить про
інвестиційну привабливість розглянутих когенераційних схем.
Ключові слова: когенерація, газопоршнева установка, гідропарова турбіна.
Abstract. Main problems associated with necessity to increase effectiveness of the mine pow-
er-cogeneration complexes include rational coal methane use in energy facilities and, consequently,
maximal recovery of the produced thermal and electrical energy. The article presents the following
variants of cogeneration schemes: power plant consisting of a gas engine plant on the shaft of which
a reactive steam-water turbine is installed; and scheme with backpressure turbine and reactive
steam-water turbine installed on the same shaft with the gas engine plant. A comparative analysis of
the energy efficiency of the cogeneration schemes under consideration was conducted at different
operational modes of thermal circuit of the gas engine plant. The analysis shown that at proper cir-
cuitry and structural decisions for recovering heat from the modules of the mine power complexes
efficiency of the heat and electric power generation can reach up to 75%. This fact is an evidence of
investment attractiveness of the cogeneration schemes under consideration.
Keywords: cogeneration, gas engine setting, steam-water turbine.
Статья поступила в редакцию 17.09.2013
Рекомендовано к публикации д.т.н. Е.В. Семененко
mailto:dyakun@ukr.net
mailto:dyakun@ukr.net
|