Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations
We performed thermodynamic and technical-and-economic calculations of the scheme of thermochemical recuperation (based on natural gas reforming with combustion products) for 12 models of gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations. It was established that, for most models, the pay-back peri...
Збережено в:
| Дата: | 2018 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/694 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104205271334912 |
|---|---|
| author | Shraiber O.A. Redkin V.B. |
| author_facet | Shraiber O.A. Redkin V.B. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Shraiber O.A.",
"institution": null
},
{
"author": "Redkin V.B.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Shraiber O.A. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:45Z |
| description | We performed thermodynamic and technical-and-economic calculations of the scheme of thermochemical recuperation (based on natural gas reforming with combustion products) for 12 models of gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations. It was established that, for most models, the pay-back period of investment to the TCR scheme does not exceed several months. We recommend to introduce TCR scheme at 40 gas turbine plants with a total power of 505 MW, and the cost of fuel that can be saved constitutes 420 mln. UAH per year. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2018.04.047 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
47
Визначення доцільного обсягу використання технології термохімічної регенерації
для газотурбінних установок газоперекачувальних станцій України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2018, 4(55): 47–50
doi: https://doi.org/10.15407/pge2018.04.047
Енергозаощадження часто називають нетра-
диційним джерелом енергії, яке у кілька разів
дешевше, ніж її виробництво традиційними
методами. Серед різних технологій економії
енергії мабуть найбільш важливим є викорис-
тання вторинних енергоресурсів (ВЕР), перш за
все, ентальпії відпрацьованих газів різноманіт-
них теплоенергетичних та теплотехнологічних
установок, що працюють на природному газі.
Такі продукти згоряння часто мають досить
високу температуру і, незважаючи на це, ски-
даються в атмосферу. Традиційний і найбільш
розповсюджений метод утилізації таких ВЕР
– це повітряна регенерація, але цей метод має
істотні недоліки: вдається використати не всю
енергію відпрацьованих газів, нагрівання по-
вітря збільшує емісію NOх, та є випадки, коли
такий спосіб взагалі неприйнятний (наприклад,
для двигунів внутрішнього згорання).
Принципово відмінний метод ефективного
використання ВЕР полягає у термохімічній ре-
генерації (ТХР), яка базується на ендотермічній
реакції вихідного палива з відповідним аген-
том, що призводить до отримання нового, зна-
чно більш калорійного, конвертованого палива
(КП). Свого часу в Інституті загальної енерге-
тики НАН України було проведено серію до-
сліджень термодинамічних характеристик схем
ТХР для різних теплових установок. Ці розра-
хунки показали, що метод ТХР при певних умо-
вах може зекономити до 10% (або навіть біль-
ше) вихідного палива [1]. Але для розроблення
рекомендацій щодо впровадження ТХР треба
визначити економічну ефективність методу, яку
можна, наприклад, характеризувати терміном
окупності τ капіталовкладень у спорудження
термохімічного реактора.
Наскільки нам відомо, подібні дослідження
проведено в єдиній статті [2], де представлено
результати параметричних числових експери-
ментів і з’ясовано вплив вихідних даних на тех-
ніко-економічні характеристики ТХР. Дану ро-
боту присвячено визначенню таких характерис-
тик стосовно до конкретних теплових пристро-
їв, а саме газотурбінних установок (ГТУ) для
приводу газоперекачувальних станцій України.
Схема ТХР для ГТУ представлена на рис. 1.
Тут для підвищення температури теплоносія
термохімічний реактор встановлюється «в роз-
січку» (точка с на рис. 1), а для охолодження
робочого тіла перед циліндром високого тис-
ку у реактор подається певна кількість балас-
ту – продуктів згоряння (замість повітря, щоб
виключити негативний вплив кисню на кон-
версію). Розрахунок складається із чотирьох
етапів: визначення складу КП, його ентальпії
і калорійності; обчислення термодинамічних
характеристик схеми ТХР; проведення термо-
динамічного розрахунку такої ж установки без
ТХР; визначення техніко-економічних характе-
УДК 536.7 О.А. ШРАЙБЕР, д-р. техн. наук, проф.,
В.Б. РЕДЬКІН, канд. техн. наук, ст. наук. співр.
Інститут загальної енергетики НАН України,
вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
ВИЗНАЧЕННЯ ДОЦІЛЬНОГО ОБСЯГУ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ
ТЕРМОХІМІЧНОЇ РЕГЕНЕРАЦІЇ ДЛЯ ГАЗОТУРБІННИХ УСТАНОВОК
ГАЗОПЕРЕКАЧУВАЛЬНИХ СТАНЦІЙ УКРАЇНИ
На основі термодинамічних та техніко-економічних розрахунків визначено до-
цільний обсяг впровадження схеми термохімічної регенерації на газотурбінних
установках газоперекачувальних станцій України. Вартість палива, що може бути
зекономлено, сягає 420 млн грн/рік.
К л ю ч о в і с л о в а : термохімічна регенерація, газотурбіна установка, теплооб-
мін, техніко-економічні характеристики, термін окупності.
© О.А. ШРАЙБЕР, В.Б. РЕДЬКІН, 2018
48
О.А. ШРАЙБЕР, В.Б. РЕДЬКІН
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
ристик схеми ТХР. Метод розрахунку описано в
[1–5] досить детально і тут не наводиться. Ви-
хідні дані для розрахунків узято із книги [6].
Приклад отриманих результатів для 12 мо-
делей ГТУ представлено у табл. 1. Тут Т –
температура; Р – тиск; індекси при Т та Р від-
повідають літерам у кружечках на рис. 1; хі –
кількість речовини і в КП (кмоль/кмоль СН4);
і = 1–6 відповідають СН4, N2, H2, CO2, CO,
H2O); η – ККД схеми ТХР; Q – кількість те-
плоти, що передається в реакторі (МДж/кмоль
СН4); η0 – ККД ГТУ без регенерації; Δη(а),
Δη(r) – приріст ККД за рахунок ТХР абсолют-
ний і відносний; ΔТ – середній температурний
напір у реакторі; Кth – коефіцієнт теплопере-
дачі у реакторі (кВт/м2 К); F – теплообмінна
поверхня; W, W0 – витрати на паливо із та без
ТХР (106 грн/рік); K – капіталовкладення у
спорудження реактора (106 грн); τ – термін їх
окупності. Для зручності у табл. 1 прийнято,
що потужність кожної установки дорівнює
N = 10 МВт, і потім перераховано на її реальну
потужність. Аналіз цих даних дозволяє зроби-
ти такі висновки.
За винятком варіанта 1, термін окупності
капіталовкладень τ – не більше півроку, отже,
розрахунки підтвердили високу ефективність
технології ТХР, зокрема, схеми рис. 1. Слід за-
значити, що реалізація схеми не вимагає вели-
кої теплообмінної поверхні, і навіть у кращо-
му варіанті 12 маємо усього F = 213 м2, тобто
при типових геометричних характеристиках
пакета труб об’єм реактора-теплообмінника
порядку 8 м3.
Техніко-економічні характеристики схеми
сильно залежать від початкових температури та
тиску, і велике значення τ для варіанта 1 поясню-
ється саме цим. Найбільш високими показника-
ми характеризується варіант 12, де температура
та тиск робочого тіла перед турбіною макси-
мальні із розглянутих, – маємо Δη(a) = 3,82%,
Δη(r) = 8,7%. Відповідно і термін окупності тут
мінімальний.
У варіантах 4 і 5, незважаючи на невеликий
термін окупності капіталовкладень, через дуже
низьку температуру Та абсолютний приріст ККД
менше відсотка, і тому застосування техноло-
гії ТХР тут можна вважати недоцільним. Крім
того, установки за варіантами 6, 7, 9 – 11 фізич-
но і морально зношені, і нема сенсу їх рекон-
струювати. Отже, доцільно впровадити техно-
логію ТХР для варіантів 2, 3, 8, 12. Потужність
Рисунок 1. Схема газотурбінної установки з ТХР:
1 – циліндр низького тиску; 2 – холодильник; 3 – компресор для ПЗ; 4 – повітряний компресор;
5 – циліндр високого тиску; 6 – реактор-теплообмінник; 7 – камера згоряння
Баласт
1
а
с
b
d
3
2
5 4
76
Продукти згоряння
Повітря Повітря
Реагент
Метан
49
Визначення доцільного обсягу використання технології термохімічної регенерації
для газотурбінних установок газоперекачувальних станцій України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
Таблиця 1 – Деякі результати розрахунків техніко-економічних характеристик
ТХР схеми для газоперекачувальних станцій України
Номер варiанта 1 2 3 4 5 6
Модель ГТУ ГТН-6 ГПА-Ц-6,3А ГПА-Ц-6,3С ГТК-10 ГПУ-10 ГТК-10И
Тa, К 1033 1280 1295 1053 1058 1216
Pa, МПа 0,57 1,59 1,34 1,01 1,01 1,01
Tb, K 759,2 867 897,5 725,5 729,7 860,3
Tc, K 859,2 967,1 997,4 825,6 829,7 960,3
Td, K 816,5 904,6 917,3 799,8 803 890,3
x1 0,907 0,804 0,792 0,948 0,945 0,82
x2 2,507 2,507 2,507 2,507 2,507 2,507
x3 0,329 0,504 0,628 0,19 0,20 0,560
x4 0,384 0,357 0,337 0,368 0,37 0,357
x5 0,043 0,137 0,204 0,017 0,019 0,15
x6 0,523 0,483 0,455 0,58 0,577 0,463
η, % 29,3 41,79 40,73 34,95 35,04 37,32
Q 70,9 88,8 108,7 46,7 48 100,4
η0, % 28,84 39,85 38,78 33,98 34,06 35,84
Δη(a), % 0,46 1,94 1,95 0,97 0,98 1,48
Δη(r), % 1,58 4,88 5,0 2,8 2,8 4,1
Δ T, K 195 186,8 194,8 171,6 172,5 198,6
Кth 0,051 0,0901 0,0838 0,0684 0,0685 0,0719
F, м2 302 157,4 204 141,9 144,5 234,7
W 180,1 126,3 129,6 151,0 150,6 141,4
W0 183 132,4 136,1 155,3 154,9 147,2
Δ W 2,9 6,1 6,5 4,3 4,3 5,8
K 3,39 1,77 2,29 1,59 1,62 2,64
τ, місяців 14,2 3,45 4,22 4,44 4,49 5,42
Номер варiанта 7 8 9 10 11 12
Модель ГТУ ГПА-Ц-16 ГПА-Ц-16C ГТН-16 ГПУ-16 ГТК-25-И ГПА-25/76
Тa, К 1130 1343 1193 1135 1200 1518
Pa, МПа 0,97 1,9 1,15 1,27 0,82 2,18
Tb, K 793,3 900,1 828,5 771,8 867,2 1023,0
Tc, K 893,3 1000,1 928,5 871,8 967,2 1122,9
Td, K 848,6 928,7 874,8 838,5 890,5 977,9
x1 0,901 0,821 0,872 0,933 0,791 0,594
x2 2,507 2,507 2,507 2,507 2,507 2,507
x3 0,342 0,546 0,421 0,249 0,642 1,107
x4 0,376 0,324 0,371 0,37 0,35 0,223
x5 0,057 0,171 0,091 0,034 0,192 0,517
x6 0,524 0,479 0,501 0,56 0,441 0,371
η, % 35,77 43,89 38,08 37,94 35,14 47,59
Q 70,2 96,2 80,1 54,9 109,0 173,0
η0, % 34,72 41,56 36,71 36,65 33,78 43,77
Δη(a), % 1,05 2,33 1,37 1,29 1,36 3,82
Δη(r), % 3,03 5,6 3,73 3,5 4,0 8,7
Δ T, K 187,7 188,2 190,0 175,3 205,3 191,9
Кth 0,0685 0,0989 0,076 0,0824 0,065 0,111
F, м2 190,3 149,2 182,7 124,8 290,0 212,9
W 147,5 120,2 138,6 139,1 150,2 110,9
W0 152,0 127,0 143,7 144,0 156,2 120,6
Δ W 4,46 6,75 5,17 4,9 6,04 9,68
K 2,137 1,676 2,055 1,402 3,25 2,39
τ, місяців 5,75 2,98 4,76 3,44 6,46 2,96
50
О.А. ШРАЙБЕР, В.Б. РЕДЬКІН
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue 4(55)
та кількість цих установок на газоперекачуваль-
них станціях України наводяться нижче:
Варіант 2 3 8 12
N, МВт 6,3 6,3 16 25
n 16 9 3 12
Таким чином, загальна кількість ГТУ, де ви-
користання ТХР рекомендується, становить 40,
їх сумарна потужність – 505 МВт, а вартість па-
лива, що можна зекономити, – 420 млн грн/рік.
ВИСНОВКИ
Проведено термодинамічні та техніко-еконо-
мічні розрахунки схеми термохімічної регенера-
ції (на основі конверсії природного газу з про-
дуктами згорання) для 12 моделей газотурбінних
установок газоперекачувальних станцій України.
Встановлено, що для переважної більшості мо-
делей термін окупності капіталовкладень у схе-
му ТХР не перевищує кількох місяців. Рекомен-
дується впровадження схеми ТХР на 40 газотур-
бінних установках із сумарною потужністю 505
МВт, при цьому вартість палива, що може бути
зекономлена, становить 420 млн грн/рік.
1. Шрайбер О.А. Використання теплових вто-
ринних енергоресурсів методом термохімічної
регенерації. Метод розрахунку газотурбінної
установки. Проблеми загальної енергетики. 2013.
№ 3(34). С. 47—51.
2. Шрайбер О.А. Визначення економічної
ефективності схем термохімічної регенерації
для теплових двигунів. Проблеми загальної енер-
гетики. 2018. № 3(54). С. 48—53. https://doi.
org/10.15407/pge2018.03.048.
3. Шрайбер О.А. Використання теплових вто-
ринних енергоресурсів методом термохімічної
регенерації. Розрахунок конверсії палива. Про-
блеми загальної енергетики. 2013. № 2(33).
С. 39—42.
4. Шрайбер О.А. Визначення оптимальних умов
реалізації процесу термохімічної регенерації
для використання теплоти відпрацьованих газів
газотурбінної установки. Проблеми загальної
енергетики. 2015. № 3(42). С. 36—49. https://doi.
org/10.15407/pge2015.03.036.
5. Шрайбер О.А., Антонець І.В. Метод розра-
хунку динаміки процесу конверсії природно-
го газу. Проблеми загальної енергетики. 2017.
№ 2(49). С. 65—74. https://doi.org/10.15407/
pge2017.02.065.
6. Волков М.М., Михеев Л.А., Конев К.А. Спра-
вочник работника газовой промышленности. М.:
Недра, 1975. 286 с.
Надійшла до редколегії 29.10.2018
|
| id | systemreorg-article-694 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:20:23Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/03/6b739c92be86a905afb03b947994b903.pdf |
| spelling | systemreorg-article-6942026-07-18T12:57:45Z Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations Визначення доцільного обсягу використання технології термохімічної регенерації для газотурбінних установок газоперекачувальних станцій України Shraiber O.A. Redkin V.B. thermochemical recuperation, gas-turbine plant, heat transfer, technical-and-economical characteristics, pay-back period. термохімічна регенерація, газотурбіна установка, теплообмін, техніко-економічні характеристики, термін окупності. We performed thermodynamic and technical-and-economic calculations of the scheme of thermochemical recuperation (based on natural gas reforming with combustion products) for 12 models of gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations. It was established that, for most models, the pay-back period of investment to the TCR scheme does not exceed several months. We recommend to introduce TCR scheme at 40 gas turbine plants with a total power of 505 MW, and the cost of fuel that can be saved constitutes 420 mln. UAH per year. Проведено термодинамічні та техніко-економічних розрахунки схеми термохімічної регенерації (на основі конверсії природного газу з продуктами згоряння)  для 12 моделей газотурбінних установок газоперекачувальних станцій України. Встановлено, що для переважної більшості моделей термін окупності капіталовкладень у схему ТХР не перевищує кількох місяців. Рекомендується впровадження схеми ТХР на 40 газотурбінних установках із сумарною потужністю 505 МВт, при цьому вартість палива, що може бути зекономлено, становить 420 млн грн/рік. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2018-12-27 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/694 10.15407/pge2018.04.047 System Research in Energy; No. 4 (55) (2018): The Problems of General Energy; 47-50 Системні дослідження в енергетиці; № 4 (55) (2018): Проблеми загальної енергетики; 47-50 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/694/598 Copyright (c) 2018 Shraiber O.A., Redkin V.B. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | thermochemical recuperation gas-turbine plant heat transfer technical-and-economical characteristics pay-back period. Shraiber O.A. Redkin V.B. Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations |
| title | Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations |
| title_alt | Визначення доцільного обсягу використання технології термохімічної регенерації для газотурбінних установок газоперекачувальних станцій України |
| title_full | Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations |
| title_fullStr | Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations |
| title_full_unstemmed | Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations |
| title_short | Determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of Ukrainian gas-pumping stations |
| title_sort | determination of the expedient volume of using the technology of thermochemical recuperation for gas turbine plants of ukrainian gas-pumping stations |
| topic | thermochemical recuperation gas-turbine plant heat transfer technical-and-economical characteristics pay-back period. |
| topic_facet | thermochemical recuperation gas-turbine plant heat transfer technical-and-economical characteristics pay-back period. термохімічна регенерація газотурбіна установка теплообмін техніко-економічні характеристики термін окупності. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/694 |
| work_keys_str_mv | AT shraiberoa determinationoftheexpedientvolumeofusingthetechnologyofthermochemicalrecuperationforgasturbineplantsofukrainiangaspumpingstations AT redkinvb determinationoftheexpedientvolumeofusingthetechnologyofthermochemicalrecuperationforgasturbineplantsofukrainiangaspumpingstations AT shraiberoa viznačennâdocílʹnogoobsâguvikoristannâtehnologíítermohímíčnoíregeneracíídlâgazoturbínnihustanovokgazoperekačuvalʹnihstancíjukraíni AT redkinvb viznačennâdocílʹnogoobsâguvikoristannâtehnologíítermohímíčnoíregeneracíídlâgazoturbínnihustanovokgazoperekačuvalʹnihstancíjukraíni |