ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ОБОРОТНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ТЭЦ

INCREASING THE ENERGY EFFICIENCY OF THE CHPP'S RECIRCULATE WATER SUPPLY SYSTEM

Igor Bikmukhametov

Leading Specialist, GCE-Energo LLC,

Russia, St. Peterburg

Mark Peretyatko

Deputy Head of the Technical Inspection Service, OOO Petersburgteploenergo,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В летний период на ТЭЦ существует проблема завышенной температуры оборотной воды. Данный факт приводит к повышению давления в конденсаторе и, соответственно, к уменьшению электрической мощности паровой турбины. Предлагается рассмотреть возможность установки в технологическую схему ТЭЦ теплового насоса типа «вода–вода» для утилизации тепла системы оборотного водоснабжения, которое на данный момент отводится только с помощью сухих градирен, с последующим использованием данной теплоты для подогрева теплоносителя системы ГВС. Целью работы является разработка метода повышения энергоэффективности ТЭЦ, который основывается на уменьшении температуры оборотной воды, подаваемой в конденсатор паровой турбины для осуществления процесса конденсации пароводяной смеси.

ABSTRACT

In the summer period, the thermal power plant faces the problem of high circulating water temperature. This fact leads to an increase in pressure in the condenser and, accordingly, to a decrease in the electric power of the steam turbine. It is proposed to consider the possibility of installing a water-to-water heat pump in the technological scheme of the combined heat and power plant to utilize the heat of the circulating water supply system, which is currently only removed using dry cooling towers, with the subsequent use of this heat to heat the coolant of the DHW system. The purpose of the work is to develop a method for increasing the energy efficiency of a thermal power plant, which is based on reducing the temperature of the circulating water supplied to the steam turbine condenser to carry out the process of condensation of the steam-water mixture.

Ключевые слова: энергосбережение, энергоэффективность, тепловой насос, оборотная вода, конденсатор, паровая турбина, повышение КПД.

Keywords: energy saving, energy efficiency, heat pump, circulating water, condenser, steam turbine, increasing efficiency.

В энергетической стратегии России на период до 2030 года отводится особое место развитию и внедрению возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Сочетание потенциала ВИЭ в России и имеющиеся научно – технические разработки, вместе с развитием международного сотрудничества, становятся главной ступенью вклада России в развитие этого рынка [1].

Создание комплекса технологического оборудования и разработка типовых технических решений по использованию тепловых насосов в системах теплоснабжения в крупных городах и городских образованиях рассматриваются как одно из приоритетных направлений в российской, а также мировой инженерии [2]. Это способствует созданию и внедрению высокоэффективных технологий в энергетическом секторе отечественной экономики [3].

Утилизируя при помощи тепловых насосов низкопотенциальную теплоту, в данной работе – теплоту оборотной воды, мы можем усовершенствовать имеющуюся технологию по производству тепловой и электрической энергии, а также, уменьшить вредное воздействие на окружающую среду, за счет уменьшения выброса тепла.

Для количественной оценки влияния температуры оборотной воды на работу паровой турбины был проведен термодинамический расчет при различных температурах охлаждающей воды. В качестве объекта исследования рассматривалась паровая турбина ТЭЦ с номинальной мощностью 63 МВт.

Как известно, при увеличении температуры охлаждающей воды, увеличивается давление в конденсаторе турбины. При увеличении давления в конденсаторе уменьшается теплоперепад в турбине и, соответственно, электрическая мощность паровой турбины.

Полученная расчетная зависимость изменения мощности турбины при различной температуре охлаждающей воды представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Изменение мощности турбины при увеличении температуры охлаждающей воды

Как видно из представленного графика, наблюдается снижение мощности паровой турбины с 63,1 МВт до 60,2 МВт при росте температуры оборотной воды с 18°С до 30°С.

Для повышения энергоэффективности цикла предлагается в тепловую схему внедрить тепловой насос, работающий в летний период времени. Использование теплового насоса позволит снизить температуру оборотной воды, а также полезно использовать полученную энергию для подогрева воды на нужды ГВС.

Принципиальная тепловая схема установки представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная тепловая схема установки

По результатам расчета было определено, что при внедрении предлагаемой схемы, температура оборотной воды снизится с 25°С до 22,9°С.

Для оценки эффективности технического решения необходимо сравнить изменение мощности турбины до и после внедрения теплового насоса на основе полученной температуры охлаждающей воды, а также экономию тепловой энергии от нагрева воды на нужды ГВС.

По итогам расчета получены следующие результаты: полезное тепло для нагрева ГВС составит 38,25 МВт; повышение мощности турбины составит 0,8 МВт.

Сравнение режимов работы турбины показывает, что использование теплового насоса уменьшает падение мощности в летний период. Без насоса снижение по сравнению с номинальной мощностью составляет 1,9 МВт, с тепловым насосом — 1,1 МВт. Дополнительно получаемая тепловая энергия используется для подогрева ГВС, что даёт дополнительный экономический эффект.

Экономическая эффективность проекта подтверждается расчётами: простой срок окупаемости составляет 5,3 года, дисконтированный — 7,7 лет.

Проведённое исследование подтверждает целесообразность внедрения теплового насоса в систему оборотного водоснабжения ТЭЦ. Использование насоса позволяет снизить температуру охлаждающей воды, повысить мощность паровой турбины и обеспечить подогрев воды на нужды ГВС. Технико-экономический анализ показал эффективность проекта: срок окупаемости менее 3 лет, значительное снижение потерь мощности и дополнительная выработка тепловой энергии. Внедрение данной технологии может стать эффективным решением для повышения энергоэффективности ТЭЦ в летний период.

Список литературы:

1. Распоряжение правительства РФ от 13 ноября 2009 г. N 1715-р «Об утверждении Энергетической стратегии России на период до 2030 года» / Собрание законодательства РФ. – 10.10.2011, №41 (ч. II).
2. Абдин Мустафа Омер. Полная исследовательская работа. Экологические и социально-экономические аспекты возможного развития в использовании возобновляемых источников энергии // Журнал сельскохозяйственного распространения и развития сельских районов. — 2010. — № 2. — С. 001-021.
3. Аникина И.Д., Сергеев В.В. Применение тепловых насосов для повышения энергоэффективности паросиловых ТЭС // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. — 2013. — № 3 (178). — С. 56 - 61.