Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Энергетические системы и комплексы

Диссертационная работа:

Осипов Валерий Николаевич. Термодинамическая оптимизация схем и параметров бинарных парогазовых установок : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.01.- Саратов, 2001.- 254 с.: ил. РГБ ОД, 61 02-5/1298-3

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ПРЕДИСЛОВИЕ 4

ВВЕДЕНИЕ 9

Состояние и перспективы развития бинарных ПТУ в России и странах СНГ 14

0.2. Состояние и перспективы развития бинарных ПТУ за рубежом 18

0.3.Анализ выполненных исследований по выбору термодинамических циклов, схем и параметров бинарных ПТУ 26 ОА Цели и задачи исследования 46

1 .ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ БИНАРНЫХ ПТУ 48

1.1 .Показатели эффективности циклов ПТУ и взаимосвязь между ними 49

1.2.Показатели внутренней необратимости циклов бинарных ПТУ и их численный анализ 58

1.3.Особенности оптимизации параметров бинарных ПТУ 67

1.4.Сопоставление различных способов утилизации теплоты отработавших газов в бинарных ПТУ 77

2.ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ СТЕПЕНИ ПОВЫШЕНИЯ

ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА ГАЗОВОЙ ЧАСТИ ПТУ 88

2.1.Методика оптимизации степени повышения давления воздуха в компрессоре 89

2.2.Влияние параметров утилизационного цикла и минимального температурного напора в КУ на оптимальную степень повышения давления 98

2.3.Взаимосвязь оптимальной степени повышения давления и относительных расходов пара 102

3.ВЫБОР ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

УТИЛИЗАЦИОЬШОЙ ПАРОВОЙ ЧАСТИ БИНАРНЫХ ПТУ 108

3.1.Методика выбора оптимальных начальных параметров части высокого давления ПО

3.2.Мето дика выбора оптимальных начальных параметров части низкого давления 117

3.3.Совместная оптимизация начальных давлений пара частей высокого и низкого давлений 124

3.4.Оптимальные относительные расходы пара 129

4.РЕГЕНЕРАЦИЯ И ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ПЕРЕГРЕВ В УТИЛИЗАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ЧАСТИ БИНАРНЫХ ПТУ 136

4.1.Оптимальная температура регенеративного подогрева питательной воды части высокого давления 137

4.2.Оптимальное давление промежуточного перегрева части высокого давления 145

4.3.Влияние регенерации и промперегрева на эффективность бинарной ПТУ 153

5.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СОПОСТАВЛЕНИЕ БИНАРНЫХ ПТУ С РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ УТИЛИЗАЦИИ 162

5.1.Методические основы расчета экономической эффективности бинарных ПТУ 164

5.2.Расчет капиталовложений в бинарные ПТУ 167

5.3.Сравнительная экономическая эффективность использования цикла одного, двух и трех давлений в паровой части ПТУ 176

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 182

ЛИТЕРАТУРА 185

ПРИЛОЖЕНИЯ 201 

Введение к работе:

С началом экономических и политических реформ в России электроэнергетика вступила в качественно новый этап своего развития, характеризующийся принципиальным изменением многих положений структурной, технической и экономической политики развития отрасли.

Особенностью сегодняшнего состояния электроэнергетики России является как большой физический износ энергетического оборудования, так и моральное старение применяемых технологий, что существенно влияет на показатели экономичности и надежности его работы.

Главная проблема, которую необходимо решать немедленно, это создание новых типов ТЭУ ТЭС, позволяющих снизить удельный расход топлива на выработку электроэнергии на 35-40 %. Это вполне реально, если учесть, что КПД новейших ПГУ составляет 52-58 %, в то время как КПД современных КЭС - 38-40 %. С этой целью в России была разработана Федеральная Целевая Программа «Энергосбережение России» [88, 139], которая определяет для отрасли направления энергосбережения, в числе которых предусмотрено использование бинарных ПГУ единичной мощностью 100-500 МВт при строительстве новых электростанций на природном газе и реконструкции по парогазовому циклу действующих ТЭС. Согласно разработанной Энергетической стратегии, производство электроэнергии в России увеличится до 1080-1270 млрд.кВт-ч в 2010 г. [53]. При этом решающее значение для формирования стратегии развития электроэнергетики России имеет соотношение цен на основные виды топлива. В пересчете на одинаковую теплоту сгорания стоимость нефти должна быть на 15-30% выше стоимости газа, который в свою очередь примерно на 30-35% превышает стоимость энергетического угля.

В соответствии с прогнозами [53], роль природного газа в электроэнергетике будет возрастать. В то же время, высокая стоимость и ограниченность запасов природного газа приводят к необходимости его экономии и использования других видов топлив, например, твердых [94]. В 2010 г. доля электростанций в мировом потреблении угля составит 63 %, в 2020 г. - 65 % [38, 52]. Несмотря на это, в конце 90-х годов наблюдаются высокие темпы прироста энергетических мощностей на природном газе. Как считают специалисты, на производство электроэнергии в 2010 г. будет израсходовано около 38 % всего используемого в мире природного газа, в 2020 г. - 43 %. Это связано с проблемой защиты атмосферы от вредных выбросов и попытками увеличить располагаемую мощность энергосистем не путем строительства новых энергоблоков, а с помощью модернизации устаревшего оборудования. При этом в большинстве случаев более привлекательным оказывается бинарный парогазовый цикл с котлом-утилизатором.

Бинарные ПТУ имеют следующие преимущества:

1. быстрота запуска ГТУ с набором нагрузки за 5-10 мин;

2. модульность оборудования, позволяющая сооружать мощные высокоэкономичные, базовые электростанции за 2 года или менее;

3. Поэтапность строительства с возможностью пуска собственно ГТУ за год или быстрее и получения дохода во время сооружения паровой части;

4. возможность снижения выбросов NOx, СО и SO2 до весьма низких концентраций с минимальным воздействием на КПД электростанций;

5. для перспективных мощных ПТУ - существующая возможность их модификации с целью использования в дальнейшем угля или других низкокалорийных видов топлив (например, газификация угля, биомасс и др.).

Применению таких установок должен предшествовать комплекс исследований по выбору термодинамических циклов, рациональных схем, оптимизации основных параметров с целью получения максимальной эффективности, и, следовательно, минимального расхода топлива.

Впервые наиболее полно основные теоретические вопросы, определяющие выбор рациональных циклов и схем ПТУ, рассмотрены в работах, выполненных в 60-х годах [5, 6, 8, 59]. После этого новых фундаментальных исследо 6 ваний в области парогазовых технологий практически не проводилось. Однако необходимость дальнейшего развития термодинамической теории ПГУ назрела в силу происходящих изменений в области энергомашиностроения (новые мощные и экономичные ГТУ с высокими начальными параметрами, более совершенные ПТУ, усовершенствованные процессы горения топлив).

В настоящее время создание ПГУ осуществляется главным образом с использованием уже освоенного тепломеханического оборудования, требующего выявление наивыгоднейших условий комбинирования газовых и паровых турбин. Однако для получения наибольшего эффекта от применения парогазовой технологии необходимо специальное проектирование ПГУ, которому должно предшествовать проведение комплекса схемно-параметрических исследований, требующее разработки конструкции вновь создаваемого оборудования. Практически отсутствуют исследования по выбору наивыгоднейших параметров и схем современных перспективных установок. Поэтому первостепенное значение приобретают вопросы разработки методов расчета наивыгоднейших параметров, позволяющих определить влияние различных факторов на их величину и в дальнейшем на выбор наиболее экономичной схемы ПГУ.

Современные тенденции развития парогазовой технологии определили выбор предмета исследования диссертационной работы, заключающегося в исследовании и выборе рациональных схем и оптимальных параметров бинарных ПГУ. Объектом настоящего исследования являются конденсационные бинарные ПГУ средней и большой мощности, работающие в базовом и полупиковом режимах.

Методы исследования. В основе исследований лежит метод циклов, опирающийся на фундаментальные законы термодинамики. При получении частных оптимальных решений широко использованы дифференциальные уравнения реальных процессов циклов, позволяющие получить соответствующие аналитические выражения.

Научная новизна результатов исследования: 1. Установлена рациональная организация процессов, определены основные оптимальные параметры образцовых циклов бинарных ПГУ, что позволило обосновать рациональный цикл.

2. Разработана методика совместной термодинамической оптимизации основных параметров газовой и паровой частей бинарных ПГУ. Получены аналитические выражения для определения оптимальных значений основных параметров: степени повышения давления воздуха газовой части, начальных давлений пара паровой.

3. Выявлены качественная и количественная взаимосвязи параметров, расходов рабочих тел и показателей газовой и паровой частей с учетом реальности происходящих в установках процессов.

4. Определено влияние основных факторов на оптимальные параметры, показатели и эффективность бинарных ПГУ.

5. Рассмотрена эффективность применения регенерации и промежуточного перегрева пара в утилизационной части бинарных ПГУ. Установлено их отличие от обычных ПТУ.

6. Проведены расчеты сравнительной экономической эффективности бинарных ПГУ-КЭС.

Практическая значимость. Проведена совместная термодинамическая оптимизация основных параметров бинарной ПГУ, позволяющая рекомендовать полученные оптимальные параметры для технико-экономических расчетов. Определены основные факторы, влияющие на термодинамическую эффективность бинарной ПГУ. Даны практические рекомендации по дальнейшему совершенствованию ПГУ. Показано влияние экономических факторов на эффективность ПГУ с утилизационными циклами одного, двух и трех давлений.

На защиту выносятся: 1. Результаты расчетов термодинамической эффективности образцового цикла бинарных ПГУ-КЭС. 2. Методика термодинамической оптимизации и результаты расчетно-теоретических исследований бинарных ПГУ с учетом реальных процессов происходящих в установках.

3. Методика и результаты расчетов термодинамические оптимальных температуры питательной воды и давления промперегрева пара.

6. Результаты расчетов сравнительной экономической эффективности бинарных ПГУ-КЭС.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием методологии термодинамических исследований при определении эффективности ЛГУ, применением фундаментальных законов термодинамики и дифференциальных уравнений реальных процессов циклов. Проведено сопоставление результатов и выводов исследования с имеющимися данными других исследований, а также параметрами и показателями существующих бинарных ПГУ.

Содержание отдельных разделов диссертации опубликовано в статьях [44, 49, 50, 165] и докладывалось на международной научно-технической конференции «Ввод в эксплуатацию и опыты эксплуатации новых и модернизированных энергетических установок» (г. Дрезден, Германия, 11-12 ноября 1997 г.); на межвузовской научной конференции «Проблемы повышения эффективности и надежности систем тепло энергоснабжения» (г. Саратов, 1-3 ноября 1999 г.); на научно-технических конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета с 1996 по 2001 гг.

Исследованию этих вопросов посвящается настоящая работа, выполненная на кафедре Теплоэнергетики Саратовского государственного технического университета под руководством д.т.н., профессора А.И. Андрющенко и к.т.н., доцента А.Б. Дубинина. Автор выражает глубокую благодарность всем лицам за их критические замечания при обсуждении материалов диссертации, а также за помощь и содействие при выполнении работы. 

Подобные работы
Сигидов Ярослав Юрьевич
Оптимизация структуры и параметров тепловых схем конденсационных парогазовых установок с котлами-утилизаторами трех давлений
Соколова Мария Александровна
Исследование структуры и режимов эксплуатации парогазовых установок с параллельной схемой работы на доктрических параметрах пара
Новиков Дмитрий Викторович
Выбор рациональных схем и параметров систем теплоснабжения с теплонасосными установками
Вихман Олег Александрович
Оптимизация параметров и схем ТЭЦ с новой котельной технологией газификации угля в расплаве шлака
Иванов Александр Алексеевич
Оптимизация паротурбинных установок АЭС с учетом режима использования
Лунин Кирилл Александрович
Исследование и оптимизация многоступенчатых испарительных установок с учетом коррозии поверхностей нагрева
Малевский Анатолий Леонидович
Математическое моделирование и комплексная оптимизация АЭС с одноконтурной газотурбинной установкой и газоохлаждаемым реактором на различных рабочих телах
Алиев Абас Агакеримович
Выбор схем и параметров водоподготовительных установок для ТЭЦ с сокращенными стоками
Симонов Вениамин Федорович
Оптимизация схем и рабочих параметров установок для получения и использования энергоносителей в нефтехимических производствах
Лазарева Анна Николаевна
Разработка методики расчета базовых параметров и характеристик гибридной энергосиловой установки параллельной компоновочной схемы для легкового автомобиля

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net