Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.67

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПРИМЕНЕНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ НА ПАРОТУРБИННЫХ ТЭЦ

Нечаев А.В.

Гришкова А.В.

Одной из ключевых задач энергетики на сегодняшний день является повышение энергетической эффективности. В соответствии с 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» энергосбережение - это реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг).

Основной объем потребляемой тепловой и электрической энергии вырабатывается на тепловых электростанциях (КЭС, ТЭЦ). Большая доля данных ТЭС были построены еще во времена Советского Союза, оборудование которых на сегодняшний день является устаревшим, что не позволяет обеспечить энергоэффективность и конкурентоспособность данных станций на рынке тепловой и электрической энергии. Для решения данной проблемы необходимо внедрение разумных и обоснованных технологий, направленных на повышение энергетической эффективности и не требующих огромных капитальных затрат. Одной из таких технологий может стать применение абсорбционных тепловых насосов (АБТН) интегрируемых в существующую схему ТЭЦ. Условием для внедрения в тепловую схему ТЭЦ теплового насоса являются большие объемы тепловой энергии, сбрасываемые в конденсаторах паровых турбин, даже при работе по тепловому графику и минимальном пропуске пара в конденсатор. Низкопотенциальная тепловая энергия, сбрасываемая в конденсаторе в том виде, который он есть, не может быть использована. Абсорбционный тепловой насос позволяет утилизировать низко потенциальную тепловую энергию, но для этого ему требуется подвод тепла с более высоким потенциалом.

На тему применения АБТН в тепловой схеме ТЭЦ имеется достаточно много публикаций, в которых рассматриваются различные варианты интеграции АБТН [1]. Так в статье [2,3] рассматривается вариант применения теплового насоса для подогрева пропиточной воды тепловых сетей. Согласно расчетам автора, полный КПД энергоблока увеличивается на 0,58 %, КПД по производству электроэнергии на 0,45 %. Расход условного топлива на выработку электроэнергии в среднем снижается на 1,67 г/(кВт·ч). В статье [4] рассматривается вариант подогрева сетевой воды на примере паровой турбины Т-180/210-130 с использованием АБТН. При этом контур охлаждающей воды конденсатора подключается к испарителю теплового насоса, а в качестве греющего источника для десорбера используется пар регенеративного отбора. КПД турбоагрегата по выработке электрической энергии увеличивается на 3,5 - 12,3 % в зависимости от тепловой нагрузки.

Таким образом, применение абсорбционных тепловых насосов в схеме ТЭЦ является актуальной задачей, требующей более детального изучения при функционировании данной комбинированной системы в переменных режимах.

Простейший абсорбционный тепловой насос представляет собой четыре основных теплообменных аппарата, насос, промежуточный теплообменник и два дроссельных устройства. Тепловой насос работает следующим образом. Греющая среда в виде пара или горячей воды поступает в генератор АБТН, где через теплопередающую поверхность трубного пучка отдает тепло слабому раствору «вода-LiBr», обеспечивая его кипение в межтрубном пространке теплообменного аппарата. При кипении в генераторе образуется практически чистый водяной пар и концентрированный раствор LiBr. Принципиальная схема АБТН представлена на рисунке 1.

Пар, полученный в генераторе АБТН, поступает в межтрубное пространство конденсатора, где отдает тепло предварительно нагретому в абсорбере потоку воды, которая далее поступает потребителю тепловой энергии.

Рисунок 1 - принципиальная схема абсорбционного теплового насоса.

Следующим основным процессом цикла абсорбционного теплового насоса являются дросселированние потока конденсата для снижения его давления и частичного испарения. Далее пароводяная смесь поступает в испаритель. В испарителе осуществляется процесс полного парообразования рабочей жидкости. При этом происходит утилизация низкопотенциального тепла. В случае с ТЭЦ, это тепло, снимаемое с циркуляционной воды конденсатора паровой турбины.

После испарителя, поток полученного пара направляется в абсорбер теплового насоса, где происходит его поглощение крепким раствором LiBr. Процесс сорбции протекает с выделением тепловой энергии, которая обеспечивает первичный нагрев теплоносителя, поступающего от потребителей тепловой энергии. Таким образом, нагрев воды осуществляется последовательно - сначала в абсорбере, а потом в конденсаторе АБТН. Далее слабый раствор LiBr подается насосом в генератор, где цикл повторяется заново. паротурбинный тепловой абсорбционный насос

Одной из основных характеристик абсорбционного теплового насоса является коэффициент использования энергии, который равен отношению произведенного количества тепловой энергии к величине тепловой энергии, подведенной к генератору ТН. Коэффициент использования тепловой энергии при одноступенчатой схеме регенерации раствора составляет порядка 1,4-1,7 [5].

Для оценки эффективности применения абсорбционных тепловых носов в схеме ТЭЦ была разработана математичка модель упрошенной схемы ТЭЦ с одной турбоустановкой Т-110/120-130 ТМЗ, одним водогрейным котлом ПТВМ-100 и абсорбционным тепловым насосом. Упрошенная тепловая схема ТЭЦ представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - расчетная схема турбоустановки Т-110/120-130-3 с АБТН.

Математическая модель ТЭЦ разработана в среде Microsoft Excel с использованием встроенного языка программирования Visual Basic. Параметры пара и воды в цикле определялись с использованием надстройки WaterSteamPro. В основу математической модели положены аналитические и эмпирические зависимости, описывающие все основные процессы тепловой схемы [6, 7, 8, 9]. Расчеты были проведены в диапазоне тепловых нагрузок от 102 до 254 Гкал/ч.

Расчеты производились для трех различных режимов:

1. Двухступенчатый режим подогрева сетевой воды

2. Трехступенчатый режим подогрева сетевой воды (ухудшенный вакуум)

3. Нагрев сетевой воды с использованием АБТН

На всех режимах в работе находится одна турбоустановка Т-110/120-130. В случае недостатка тепловой мощности ТУ предполагается включение ВК ПТВМ-100.

Тепловы нагрузки по агрегатам распределяются следующим образом:

Тепловая нагрузка теплофикационных отборов ТУ Двухступенчатый подогрев:

Трехступенчатый подогрев:

Нагрев сетевой воды с использованием АБТН:

Где - полная тепловая нагрузка, Гкал/ч;

- тепловая нагрузка ВК, Гкал/ч;

- тепловая нагрузка встроенного пучка конденсатора ТУ, Гкал/ч; - тепловая нагрузка АБТН, Гкал/ч.

Тепловая нагрузка ВК

Тепловая нагрузка ВК определяется из условия минимальной нагрузки котла ПТВМ-100 равной 30 Гкал/ч и принятой максимальной нагрузки теплофикационного отбора 172 Гкал/ч с учетом неравномерности потребления тепловой энергии в течении суток.

Двухступенчатый подогрев:

Если

Если

В остальных случаях:

Трехступенчатый подогрев:

Если

Если

В остальных случаях:

Нагрев сетевой воды с использованием АБТН:

Если

Если

В остальных случаях:

Тепловая нагрузка встроенного пучка конденсатора ТУ