Аналіз роботи енергокомплексу ТЕС з подвійним водневим перегрівом пари.
Автор: Бураков Юрій Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Теплоенергетика
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Бураков Ю.Ю., Римар Т. І. (керівник). Аналіз роботи енергокомплексу ТЕС з подвійним водневим перегрівом пари. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2021. Розширена анотація Теплові електричні станції, що працюють на органічному паливі, багато десятиліть залишаються базовим джерелом електроенергії, що забезпечує позитивну динаміку зростання світової економіки [1]. Основними джерелами первинної енергії для ТЕС є викопні види органічного палива – вугілля, природний газ і нафта. Головним є вугілля, що покриває 40,3 % [2] сучасного світового виробництва електроенергії. Вугільна генерація займає важливе місце у енергетичній системі України. У зв’язку із цим пошукові дослідження структури і параметрів нових енергетичних комплексів, що працюють на вугільному паливі, націлені на підвищення їхньої економічності та екологічності. Тому і є перспективними напрямами розробок. Разом з тим спостерігається тенденція застосування нетрадиційних джерел енергії і альтернативних видів енергоресурсів, до яких відноситься і водневе паливо. Основна можливість істотно збільшити ефективність виробництва електроенергії для вугільної генерації полягає в значному підвищенні початкових параметрів паротурбінного циклу. Введення додаткового водневого перегріву безпосередньо перед паровою турбіною в спеціальних камерах згорання, де спалювання водню здійснюється у парокисневому середовищі, є одним з перспективних рішень. Такий підхід, з одного боку, дасть можливість істотно збільшити початкову температуру пари, а з іншого боку, зведе до мінімуму область конструктивних елементів, що працюють в зоні надвисоких температур, тим самим скоротивши застосування дорогих жароміцних матеріалів. Найбільш високі питомі викиди відповідають вугільним паросиловим енергоблокам. Ідея застосування водневого перегріву пари [3] в циклах паросилових блоків дасть можливість істотно збільшити ККД нетто (до 48 – 49%). І цим, при збереженні потужності, знизити споживання вугілля і, отже, емісію двооксиду вуглецю. Об’єкт дослідження – високотемпературний вугільно-водневий енергетичний комплекс, представлений тепловою схемою вугільного енергоблоку з водневими камерами згорання і інтегрованою системою стиснення водню і кисню. Предмет дослідження – методичні підходи до вирішення задач розрахункового обґрунтування збільшення генерованої потужності гібридними енергоблоками ТЕС за рахунок впровадження подвійного водневого перегріву пари. Мета дослідження: підвищення ефективності і екологічності під час вироблення електричної енергії на основі дослідження загальних властивостей функціонування вугільно-водневих енергетичних комплексів. Застосування водневого проміжного перегріву пари на етапі освоєння гібридних енергоблоків є найбільш доцільним рішенням. Оскільки дає можливість збільшити електричну потужність блоку практично удвічі за одночасного збільшення ККД паротурбінної установки до 61 %. Таке рішення є більш виправданим не тільки з термодинамічної, але і з практичної точки зору. Оскільки одним з основних вузлів є воднево-кисневий пароперегрівник, конструкція якого досить добре відпрацьована для даного рівня тиску (5 – 7 МПа). Можливість реалізації перегріву пари з високими температурами 540 – 600°С не в поверхневих поверхнях нагрівання котла, а у воднево-кисневих пароперегрівниках, встановлених у безпосередній близькості від парових турбін. Це забезпечує скорочення частки використання жароміцних матеріалів для створення високотемпературних енергоблоків та, як наслідки, зниження їх ціни на 11,3 %. Впровадження схеми перспективного високотемпературного енергетичного комплексу з охолодженням парової турбіни дає можливість скорочувати витрати на довготривалі жаропровідні матеріали та тим самим знижувати вартість парових турбін на 28,5 %. Цим забезпечується ККД, що становить 48,1 %, що на 0,4 % нижче порівняно з неохолоджуваною турбіною. Оскільки приблизно 95 % енергії витрачається на стиснення водню, то саме для компресорів, що забезпечують його подачу в камери згорання, необхідно розробити схему включення в теплову схему блоку. Такою схемою є схема енергетичного комплексу з двократним водневим перегрівом пари на 200 °С і системою стиснення водню з проміжними охолоджувачами, інтегрованими у конденсатно-живильний тракт паротурбінної установки. Додаткова витрата енергії на власні потреби для такої схеми складає 5,2 %, що на 3 % менше, ніж для схеми з таким ж рівнем перегріву пари, але без системи проміжного охолодження. При постачанні енергоблоку воднем від установки парової конверсії додаткові витрати енергії будуть істотно нижчі, що забезпечить вищий ККД нетто. Так, для даної схеми частка власних потреб при початковому тиску водню 5 – 6 МПа складатиме приблизно 1 – 2 %, що забезпечить ККД енергоблоку на рівні 49 – 50 %. Ключові слова: гібридний енергоблок, подвійний водневий перегрів пари; водневе паливо. Перелік використаних джерел літератури: 1. World energy outlook 2015 // International Energy Agency. – 2015. – Т. 1. 2. Дубровський, В.В., Шрайбер О.А., (2020). Світові тенденції розвитку вугільної теплової генерації та їх вплив на енергетику України. The Problems of General Energy, issue 2(61). https://doi.org/10.15407/pge2020.02.011 3. Шпильрайн, Э.Э. (1982). Применение водорода в энергетике и в энергетических комплексах / Э.Э. Шпильрайн, Ю.А. Сарумов, О.С. Попель // Атомно-водородная энергетика и технология. – М: Энергоатомиздат. – вып.4.