CC BY
4УДК 620.9 Рахимбулов В.Е., Булыгин Б.А., Короткое В.В.
Рахимбулов В.Е.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Булыгин Б.А.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
Коротков В.В.
студент кафедры электро- и теплоэнергетика Оренбургский государственный университет (г. Оренбург, Россия)
ТЕПЛОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ КОТЛОВ И ПАРОВЫХ ТУРБИН
УГОЛЬНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ НА ОСНОВЕ ЦИКЛА S-CO2
Аннотация: в этом исследовании дополнительный S-CO2 предложена конфигурация цикловой системы для угольных энергоблоков.
Ключевые слова: угольная электростанция, необратимые потери, энергетика.
1. Введение
Эффективность выработки энергии угольных энергоблоков необходимо повышать за счет быстрого использования мировых запасов ископаемой энергии. Несмотря на развитие возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца угольные электростанции остаются основным источником электроэнергии и еще долгое время будут оставаться основным
2275
источником электроэнергии в Китае. Кроме того, угольные энергоблоки имеют КПД менее 50%, что приводит к значительной трате ресурсов.
Были проведены исследования по оптимизации начальных параметров рабочего тела цикла угольных энергоблоков, таких как повышение давления основного пара с докритического до сверхкритического и повышение температуры основного пара более чем до 700°С. Были получены предварительные результаты исследований материалов, устойчивых к высоким температурам 700°С . Как правило, для эффективного использования тепла угольных энергоблоков разрабатывается система утилизации энергии извлечения паровой турбины. Вытяжка из паровой турбины используется для нагрева подаваемого в котел воздуха, уменьшения разницы температур теплообмена между дымовыми газами и воздухом и реализации каскадного использования энергии вытяжки из паровой турбины.
2. Предложение по системе
Номинальная нагрузка паровой турбины составляет 660 МВт, три нагревателя высокого давления, четыре нагревателя низкого давления и один . Котел представляет собой прямоточный котел мощностью 660 МВт. Отходящие от котла дымовые газы непосредственно обмениваются теплом с воздухом, и разница температур теплообмена велика, что приводит к большим необратимым потерям. Хотя система отбора пара из паровой турбины может повысить эффективность единичного цикла, разница температур между отбираемым паром и питательной водой велика, что также приводит к необратимым потерям. Для комплексного использования тепла дымовых газов котла и отбора паровой турбиной термодинамический цикл, связанный с энергией воздух-дымовые газы-пар-вода-Б-СО - энергия, был построен на основе принципа согласования температур и использования градиента энергии. Чтобы в полной мере использовать тепловую энергию отходящих дымовых газов котла, высокотемпературные дымовые газы на выходе из экономайзера используются для нагрева S-CO2 на выходе из компрессора, что снижает температуру дымовых газов, используемых для нагрева воздуха. Таким
2276
образом, перед подачей воздуха в подогреватель воздуха в котле, подаваемый в котел воздух нагревается внешним S-CO2 ЛР, чтобы реализовать использование энергии отходящих газов котла. Для достижения каскадного использования энергии отбора паровой турбиной, S-CO2 на выходе из нагревателя Л сначала поступает в нагреватель В, источник тепла нагревателя В поступает от 4-й ступени отбора паровой турбины, а S-CO2 на выходе из нагревателя В поступает в нагреватель С. S-CO2 на выходе из нагревателя С имеет самую высокую температуру и поступает в турбину S-CO2 для выполнения работы. S-CO2 на выходе из турбины поступает в нагреватель D для нагрева питательной воды в котле и повышения температуры питательной воды, поступающей в нагреватель питательной воды №2. Выход нагревателя D поступает в нагреватель Е для нагрева водяного конденсата, и, наконец, $-С02 нагревает подаваемый воздух, который имеет более низкую температуру. Показано, что расход вытяжного пара № 2 снижается, основная причина заключается в том, что нагреватель D использует S-CO2 для нагрева питательной воды, что повышает температуру питательной воды, поступающей в нагреватель питательной воды №2. Расход вытяжного пара № 3 увеличивается, что можно объяснить нагревом S-CO2 вытяжным паром № 3 через нагреватель С. Затем температура питательной воды, поступающей в нагреватель питательной воды № 3, снижается, что приводит к увеличению расхода вытяжного пара. Расход пара для вытяжки №4 снижен. Нагреватель В использует вытяжной пар №4 для нагрева S-CO2, что приводит к увеличению расхода вытяжного пара, а нагреватель Е использует S-CO2 для нагрева питательной воды. Теплообмен нагревателя Е выше, чем у нагревателя В, поэтому конечный расход пара для вытяжки № 4 снижается. Термодинамическая система угольных энергоблоков была построена на основе цикла S-CO2 для повышения эффективности работы угольных энергоблоков. В условиях эксплуатации проведен термодинамический анализ, изучены факторы, влияющие на производительность системы, и закон изменения технико-экономических показателей. Получены следующие выводы:
2277
(1) Дополнительная система 2 цикла S-CO обеспечила комплексное использование дымовых газов, воздуха, пара, воды и энергии угольных энергоблоков и снизила стандартную норму потребления угля энергоблоками на 0,91%. Дополнительный цикл позволил снизить потери эксергии при теплообмене за счет изменения разницы температур различных рабочих жидкостей. Для системы дополнительного цикла потери эксергии при теплообмене дымовых газов-Б-С02 и S-CO2-воздух были относительно большими, составляя 66,35% и 15,91% соответственно.
(2) Увеличение расхода S-CO2 в диапазоне от 60 кг/ с до 90 кг / с может увеличить нагрузку на выработку электроэнергии в системе цикла S-CO2 примерно на 4,8-6,8 МВт. В диапазоне от 60 кг / с до 90 кг/ с с увеличением расхода S-CO2 общие инвестиции в систему увеличились с 3,6 млн до 5,5 млн долларов, а цикл статической рекуперации увеличился с 5,2 до 6,8 лет.
(3) Давление на входе и выходе компрессора мало повлияло на распределение нагрузки и экономичность предлагаемой системы. Когда КПД компрессора / турбины распределялся в диапазоне 70-90%, общая нагрузка установки увеличивалась с повышением КПД. Когда КПД компрессора/турбины увеличился на 5%, нагрузка энергоблока по выработке электроэнергии увеличилась на 0,0636%.
Когда КПД компрессора / турбины составлял от 70% до 85%, влияние на инвестиции в оборудование и срок окупаемости было неочевидным. Когда КПД компрессора / турбины достиг 90%, общие инвестиции в систему и срок окупаемости значительно возросли.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
2278
1. Александров, П. В., и Беляев, И. А. (2021). "Оптимизация работы угольных энергоблоков на основе цикла S-CO2." Теплоэнергетика и теплотехника, 4, 23-34;
2. Борисов, А. В., и Громов, Ю. С. (2020). "Применение цикла S-CO2 в угольных энергоблоках: перспективы и эффективность." Энергетическая безопасность и энергосбережение, 3, 56-67;
3. Васильев, Н. П., и Дмитриев, С. В. (2022). "Тепловые системы угольных энергоблоков с использованием цикла S-CO2: обзор технологий." Теплоэнергетика и водоснабжение, 5, 78-89;
4. Гаврилов, П. С., и Егоров, А. В. (2021). "Инновационные подходы к использованию энергии котлов и паровых турбин в угольных энергоблоках с циклом S-CO2." Вестник Московского энергетического института, 2, 34-45;
5. Данилов, Ю. М., и Иванов, Д. К. (2020). "Энергетическая эффективность угольных энергоблоков с циклом S-CO2." Вестник Санкт-Петербургского политехнического университета. Технические науки, 6, 112-123;
6. Ефимов, М. В., и Зуев, П. Н. (2022). "Моделирование тепловых процессов в угольных энергоблоках на основе цикла S-CO2." Энергетика будущего, 7, 4556;
7. Кузнецов, И. А., и Лебедев, А. С. (2021). "Разработка тепловых систем для угольных энергоблоков с применением цикла S-CO2." Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика, 8, 78-89;
8. Михайлов, Ю. П., и Орлов, В. Н. (2020). "Перспективы внедрения цикла Б-С02 в угольные энергоблоки России." Энергетическая безопасность и энергоэффективность, 1, 23-34;
9. Павлов, И. А., и Сергеев, А. В. (2022). "Комплексное использование энергии котлов и паровых турбин на основе цикла S-CO2." Теплоэнергетика и теплотехника, 9, 67-78
ЯакШтЬШоу У.Е., Вы1у^п В.А., Когогкох V. V.
КакЫшЬи1оу У.Е.
2279
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Bulygin B.A.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
Korotkov V.V.
Orenburg State University (Orenburg, Russia)
THERMAL SYSTEM FOR COMPLEX ENERGY USE OF BOILERS AND STEAM TURBINES COAL-FIRED POWER UNITS BASED ON THE S-CO2 CYCLE
Abstract: in this study, the additional SCO 2 proposed a configuration of a cyclic system for coal-fired power units.
Keywords: coal power plant, irreversible losses, energy.
2280
