Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle
Today, an urgent scientific problem is the development of highly efficient, environmentally friendly, mobile, low-power cogeneration power plants that have small size and weight characteristics, and use renewable resources as fuel. Potential consumers of generated energy are enterprises located in s...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/188826 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-188826 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
direct Brayton cycle regeneration air turbine cogeneration power plant UDC 536.24 прямий цикл Брайтона регенерація повітряна турбіна когенераційна енергоустановка УДК 536.24 прямой цикл Брайтона регенерация воздушная турбина когенерационная энергоустановка УДК 536.24 |
| spellingShingle |
direct Brayton cycle regeneration air turbine cogeneration power plant UDC 536.24 прямий цикл Брайтона регенерація повітряна турбіна когенераційна енергоустановка УДК 536.24 прямой цикл Брайтона регенерация воздушная турбина когенерационная энергоустановка УДК 536.24 Rusanov, Andrii V. Kostikov, Andrii O. Shubenko, Oleksandr L. Kharlampidi, Dionis Kh. Tarasova, Viktoriia O. Senetskyi, Oleksandr V. Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle |
| topic_facet |
direct Brayton cycle regeneration air turbine cogeneration power plant UDC 536.24 прямий цикл Брайтона регенерація повітряна турбіна когенераційна енергоустановка УДК 536.24 прямой цикл Брайтона регенерация воздушная турбина когенерационная энергоустановка УДК 536.24 |
| format |
Article |
| author |
Rusanov, Andrii V. Kostikov, Andrii O. Shubenko, Oleksandr L. Kharlampidi, Dionis Kh. Tarasova, Viktoriia O. Senetskyi, Oleksandr V. |
| author_facet |
Rusanov, Andrii V. Kostikov, Andrii O. Shubenko, Oleksandr L. Kharlampidi, Dionis Kh. Tarasova, Viktoriia O. Senetskyi, Oleksandr V. |
| author_sort |
Rusanov, Andrii V. |
| title |
Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle |
| title_short |
Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle |
| title_full |
Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle |
| title_fullStr |
Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle |
| title_full_unstemmed |
Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle |
| title_sort |
highly efficient cogeneration power plant with deep regeneration based on air brayton cycle |
| title_alt |
Высокоэффективная когенерационная энергоустановка с глубокой рекуперацией на основе воздушного цикла Брайтона Високоефективна когенераційна енергоустановка з глибокою рекуперацією на основі повітряного циклу Брайтона |
| description |
Today, an urgent scientific problem is the development of highly efficient, environmentally friendly, mobile, low-power cogeneration power plants that have small size and weight characteristics, and use renewable resources as fuel. Potential consumers of generated energy are enterprises located in settlements that are far from combined heat and power plants (CHPP) or thermal power plants (TPP). Supplying heat and networks to such settlements from large power facilities is difficult, and transport charges for fuel delivery are very high. A concept of creating a highly efficient cogeneration power plant based on gas turbine technologies is proposed. A thermodynamic analysis of air, simple, and regenerative Brayton cycles is carried out. On the basis of its results, in a wide varying range of operating parameters, determined are the cycle implementation conditions providing high energy efficiency. A peculiarity of the proposed design solution is the use of air as a turbine working fluid to obtain useful capacity. In this case, the heat of the air leaving the turbine is used in the combustion process in a boiler. The proposed installation can be used with any heat source. Its main advantages compared to traditional gas turbine installations are as follows: energy advantages − the mounting of the combustion chamber of a solid fuel boiler downstream of the air turbine allows using the heat of the air leaving the air turbine, thereby reducing fuel consumption in the combustion chamber and, accordingly, increasing its efficiency; technological advantages − the turbine operates on pure air, and is protected from the formation of sludge on the surfaces of its blades or their erosion if the working fluid is dirty. It does not require that external turbine cooling systems be used, which greatly simplifies its design; environmental benefits − the turbine can operate on gas produced as a result of the thermal treatment of municipal solid waste. In addition, the boiler combustion chamber operates at almost atmospheric pressure with a lower emission of harmful substances into the atmosphere. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/188826 |
| work_keys_str_mv |
AT rusanovandriiv highlyefficientcogenerationpowerplantwithdeepregenerationbasedonairbraytoncycle AT kostikovandriio highlyefficientcogenerationpowerplantwithdeepregenerationbasedonairbraytoncycle AT shubenkooleksandrl highlyefficientcogenerationpowerplantwithdeepregenerationbasedonairbraytoncycle AT kharlampididioniskh highlyefficientcogenerationpowerplantwithdeepregenerationbasedonairbraytoncycle AT tarasovaviktoriiao highlyefficientcogenerationpowerplantwithdeepregenerationbasedonairbraytoncycle AT senetskyioleksandrv highlyefficientcogenerationpowerplantwithdeepregenerationbasedonairbraytoncycle AT rusanovandriiv vysokoéffektivnaâkogeneracionnaâénergoustanovkasglubokojrekuperaciejnaosnovevozdušnogociklabrajtona AT kostikovandriio vysokoéffektivnaâkogeneracionnaâénergoustanovkasglubokojrekuperaciejnaosnovevozdušnogociklabrajtona AT shubenkooleksandrl vysokoéffektivnaâkogeneracionnaâénergoustanovkasglubokojrekuperaciejnaosnovevozdušnogociklabrajtona AT kharlampididioniskh vysokoéffektivnaâkogeneracionnaâénergoustanovkasglubokojrekuperaciejnaosnovevozdušnogociklabrajtona AT tarasovaviktoriiao vysokoéffektivnaâkogeneracionnaâénergoustanovkasglubokojrekuperaciejnaosnovevozdušnogociklabrajtona AT senetskyioleksandrv vysokoéffektivnaâkogeneracionnaâénergoustanovkasglubokojrekuperaciejnaosnovevozdušnogociklabrajtona AT rusanovandriiv visokoefektivnakogeneracíjnaenergoustanovkazglibokoûrekuperacíêûnaosnovípovítrânogociklubrajtona AT kostikovandriio visokoefektivnakogeneracíjnaenergoustanovkazglibokoûrekuperacíêûnaosnovípovítrânogociklubrajtona AT shubenkooleksandrl visokoefektivnakogeneracíjnaenergoustanovkazglibokoûrekuperacíêûnaosnovípovítrânogociklubrajtona AT kharlampididioniskh visokoefektivnakogeneracíjnaenergoustanovkazglibokoûrekuperacíêûnaosnovípovítrânogociklubrajtona AT tarasovaviktoriiao visokoefektivnakogeneracíjnaenergoustanovkazglibokoûrekuperacíêûnaosnovípovítrânogociklubrajtona AT senetskyioleksandrv visokoefektivnakogeneracíjnaenergoustanovkazglibokoûrekuperacíêûnaosnovípovítrânogociklubrajtona |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:23Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:23Z |
| _version_ |
1809016153620611072 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-1888262019-12-31T15:44:13Z Highly Efficient Cogeneration Power Plant with Deep Regeneration Based on Air Brayton Cycle Высокоэффективная когенерационная энергоустановка с глубокой рекуперацией на основе воздушного цикла Брайтона Високоефективна когенераційна енергоустановка з глибокою рекуперацією на основі повітряного циклу Брайтона Rusanov, Andrii V. Kostikov, Andrii O. Shubenko, Oleksandr L. Kharlampidi, Dionis Kh. Tarasova, Viktoriia O. Senetskyi, Oleksandr V. direct Brayton cycle regeneration air turbine cogeneration power plant UDC 536.24 прямий цикл Брайтона регенерація повітряна турбіна когенераційна енергоустановка УДК 536.24 прямой цикл Брайтона регенерация воздушная турбина когенерационная энергоустановка УДК 536.24 Today, an urgent scientific problem is the development of highly efficient, environmentally friendly, mobile, low-power cogeneration power plants that have small size and weight characteristics, and use renewable resources as fuel. Potential consumers of generated energy are enterprises located in settlements that are far from combined heat and power plants (CHPP) or thermal power plants (TPP). Supplying heat and networks to such settlements from large power facilities is difficult, and transport charges for fuel delivery are very high. A concept of creating a highly efficient cogeneration power plant based on gas turbine technologies is proposed. A thermodynamic analysis of air, simple, and regenerative Brayton cycles is carried out. On the basis of its results, in a wide varying range of operating parameters, determined are the cycle implementation conditions providing high energy efficiency. A peculiarity of the proposed design solution is the use of air as a turbine working fluid to obtain useful capacity. In this case, the heat of the air leaving the turbine is used in the combustion process in a boiler. The proposed installation can be used with any heat source. Its main advantages compared to traditional gas turbine installations are as follows: energy advantages − the mounting of the combustion chamber of a solid fuel boiler downstream of the air turbine allows using the heat of the air leaving the air turbine, thereby reducing fuel consumption in the combustion chamber and, accordingly, increasing its efficiency; technological advantages − the turbine operates on pure air, and is protected from the formation of sludge on the surfaces of its blades or their erosion if the working fluid is dirty. It does not require that external turbine cooling systems be used, which greatly simplifies its design; environmental benefits − the turbine can operate on gas produced as a result of the thermal treatment of municipal solid waste. In addition, the boiler combustion chamber operates at almost atmospheric pressure with a lower emission of harmful substances into the atmosphere. 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. На сьогодні актуальною науковою проблемою є розробка високоефективних, екологічно чистих маневрених когенераційних енергетичних установок малої потужності з невеликими масогабаритними характеристиками, що використовують як паливо поновлювані ресурси. Потенційними споживачами енергії, що виробляється, є підприємства у віддалених від теплоелектроцентралей (ТЕЦ) і теплових електростанцій (ТЕС) населених пунктах, куди підвести тепло і електромережі від великих енергооб'єктів важко, а транспортні витрати з доставки палива дуже великі. Запропоновано концепцію створення високоефективної когенераційної енергоустановки на базі газотурбінних технологій. Проведено термодинамічний аналіз повітряного, простого і такого, що використовує регенерацію, циклів Брайтона, за результатами якого в широкому діапазоні варіювання режимних параметрів визначені умови реалізації циклу, які забезпечують високу енергетичну ефективність. Особливість запропонованого схемного розв’язку полягає у використанні повітря як робочого тіла в турбіні для отримання корисної потужності. За таких умов теплота повітря, що виходить з турбіни, використовується в процесі горіння в котлі. Установка, що пропонується, може використовуватися з будь-яким джерелом тепла. Її основні переваги порівняно з традиційними газотурбінними установками такі: енергетичні переваги – установка камери згоряння твердопаливного котла за повітряною турбіною дозволяє використовувати тепло повітря, що виходить з повітряної турбіни, і тим самим зменшити витрату палива в камері згоряння та відповідно збільшити коефіцієнт корисної дії; технологічні переваги – турбіна працює на чистому повітрі і захищена від утворення осадів на поверхні лопаток або їх ерозії при використанні «брудного» робочого тіла, не потребує застосування зовнішніх систем охолодження турбіни, що значно спрощує її конструкцію; екологічні переваги – можливість роботи установки на газі, що отримується в результаті термічної обробки твердих побутових відходів. Крім того, камера згоряння котла працює практично за атмосферного тиску з меншим викидом шкідливих речовин в атмосферу. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2019-12-22 Article Article application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/188826 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 22 No. 4 (2019); 12-23 Проблемы машиностроения; Том 22 № 4 (2019); 12-23 Проблеми машинобудування; Том 22 № 4 (2019); 12-23 2709-2992 2709-2984 en https://journals.uran.ua/jme/article/view/188826/188234 Copyright (c) 2019 Andrii V. Rusanov, Andrii O. Kostikov, Oleksandr L. Shubenko, Dionis Kh. Kharlampidi, Viktoriia O. Tarasova, Oleksandr V. Senetskyi https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |