АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ С ПАРОВОЙ ТУРБИНОЙ

ANALYSIS OF THE THERMODYNAMIC EFFICIENCY OF THE USE OF A MODIFIED INSTALLATION WITH A STEAM TURBINE

Nina Zaitseva

Student, Department of Industrial Heat and Power Engineering, Smolensk Branch of the Moscow Power Engineering Institute,

Russia, Smolensk

Tatiana Lyubova

Scientific supervisor, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assoc., Smolensk Branch of the Moscow Power Engineering Institute,

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

Цель работы – анализ эффективности применения модифицированной установки, состоящей из котла-утилизатора и паровой турбины малой мощности. В статье акцентируется внимание на факторах и характеристиках, принимаемых во внимание при подборе теплогенерирующего оборудования. Научная новизна – поиск вариантов экономически более выгодного варианта установки оборудования для предприятия, функционирующего на территории области.

ABSTRACT

The purpose of the work is to analyze the effectiveness of using a modified installation consisting of a heat recovery boiler and a low–power steam turbine. The article focuses on the factors and characteristics taken into account when selecting heat generating equipment. Scientific novelty is the search for options for an economically more profitable option for installing equipment for an enterprise operating in the territory of the region.

Ключевые слова: полигон твёрдых бытовых отходов, котёл-утилизатор, паровая турбина, энергоэффективность.

Keywords: solid waste landfill, waste heat recovery boiler, steam turbine, energy efficiency.

Для повышения эффективности переработки TKO методом окислительного пирoлиза актуальной задачей является исследование данного процесса в целях оценки влияния ряда параметров (влажность исходного сырья, состав TKO, увеличение кислорода в атмосфере и др.) на выход и состав пирoлизных газов.

В существующих установках (например, установка «Фортан») пирoлизный газ, предназначенный для последующего использования, отводится из зоны сушки, где он выполняет роль сушильного агента. В процессе сушки увеличивается влагосодержание газа и, соответственно, снижается его качество. Повышения качества пирoлизного газа можно достичь отводом из печи части газа в зоне пирoлиза, уменьшая количество газа, подвергающегося окислению и увлажнению в зоне сушки и обладающего более низкой теплотворной способностью. Практическое осуществление процесса переработки TKO и его эффективность в значительной мере зависят от конструкции установки и режима ее работы.

Объектом данного исследования является полигон твёрдых бытовых отходов, расположенный в Смоленской области, Духовщинском районе, Бересневском сельском поселении, д. Кислово.

Полигон состоит из двух взаимосвязанных частей: хозяйственной зоны и участка складирования твердых бытовых отходов. На полигоне складируются непригодные для использования твердые бытовые отходы. Ввод каждой последующей очереди предполагает проведение работ по рекультивации ранее используемой карты складирования.

Для сортировки принимаются отходы 4-5 классов опасности 69 наименований. На станцию поступают ТБО от жилого сектора, офисов, торговых точек ресторанов, гостиниц, парков и садов, и прочих общественных зон и мест, также промышленные отходы со схожими характеристиками.

Бытовой мусор состоит из органических и неорганических частей, предметов вещей и материалов, разбитой посуды, боя стекла, старых книг, газет, картона, полиэтиленовой пленки, ПЭТ-бутылок, консервных банок, упаковочных материалов изношенной одежды, отходов продуктов питания, опавшей листвы, смета и др.

Одним из вариантов повышения эффективности работы предприятия является установка котла-утилизатора и паровой турбины малой мощности после пиролизной установки для обеспечения полигона электрической энергией.

Выбор котла-утилизатора производится по паропроизводительности, давлению и температуре перегретого пара. По расчётам паропроизводительность КУ должна быть 0,074∙32,5∙3,6 = 8,658 т/ч. Параметры перегретого пара: давление – 1,5 МПа, температура – 335 ^оС. Основываясь на полученных данных, выбираем котёл-утилизатор КУ-40-1М и резервируем его. Характеристики котла представлены в таблице 1.

Таблица1

Характеристики КУ-40-1М

Для расчёта фактической электрической мощности паровых турбин понадобятся основные расчетные зависимости работы турбины, а именно – общий теплоперепад. Зная теплосодержание (энтальпию) пара на входе в турбину и теплосодержание, найдем общий теплоперепад по формуле [1]:

,

где:

H_об – общий теплоперепад, кДж/кг;

h₀ – энтальпия пара на входе в турбину, кДж/кг;

h_р – энтальпия пара после адиабатического расширения в соплах, кДж/кг.

Поскольку известен расход пара, то становится возможным нахождение мощности турбины. Однако важно отметить, что это полная мощность, в которой не учитываются потери. Полная мощность паровой турбины рассчитывается по формуле [2]:

,

где:

N_Т – общая мощность турбины, кВт;

H_об – общий теплоперепад, кДж/кг;

G – расход пара, т/ч.

Поскольку процесс совершения работы на лопатках происходит не в полном объеме, как и не происходит полной передачи энергии к вращающемуся валу, то эффективная мощность турбины оказывается меньше её полного значения и рассчитывается по формуле [1]:

,

где:

N_эф – эффективная мощность турбины, кВт;

H_об – общий теплоперепад, кДж/кг;

G – расход пара, т/ч;

η_от – относительный эффективный КПД турбины.

Согласно справочной информации [3] относительный эффективный КПД современных турбин обычно находится в пределах 0,86 – 0,88, изменяясь для отдельных участков рабочего процесса и соответствующих частей (цилиндров) турбины в зависимости от пропуска пара и его параметров в более широких пределах (0,80 – 0,90).

Принимаем значение η_от = 0,87

На основании проведённых расчётов выбираем из каталога [4] паровую турбину Р-2,5-15/3М, выпускаемую ПАО «Калужский Турбинный Завод». Технические характеристики оборудования представлены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры паровой турбины Р-2,5-15/3М

Список литературы:

1. Паровые и газовые турбины: методические рекомендации к курсовому проекту для студентов направления подготовки магистерской программы «Теплотехника и теплоэнергетика» / Юго-Зап. гос. ун-т; сост. В. А. Морозов, А.В. Морозов ‒ Курск, 2018. ‒ 39с.: ил.8, табл.2. ‒ Библиогр.: с.39.
2. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин: Учеб. для вузов: В 2 кн. Кн. 1. – 6-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 384 с.: ил.
3. Кабанова И.А. Тепломассообмен. Учебно-методическое пособие по дисциплине «Тепломасообмен». Смоленск: РИО филиала ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» в г. Смоленске, 2017, – 136 с.
4. Паровые турбины малой мощности КТЗ / И. Кирюхин, Н.М. Тараненко, Е.П. Огурцова и др. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 216 с.: ил.