Повышение эффективности котельной при использовании винтовых расширительных машин

ЦЕЛЬ. Повышение эффективности работы котельной. Разработка схемы внедрения винтовых расширительных машин (ВРМ) в тепловую схему котельной. Расчет основных технических характеристик ВРМ и сетевых подогревателей. Расчет экономического эффекта и оценка целесообразности применения энергосберегающих технологий на промышленном предприятии.

МЕТОДЫ. В работе использованы методы вычислительной математики, теории тепломассообмена, методы технико-экономических расчетов в энергетике, термодинамического анализа энергоустановок.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье приведен вариант повышения эффективности работы котельного цеха в г. Нефтекамск путем включения в работу паровых котлов ДКВР, стоящих на консервации, и внедрения винтовых расширительных машин. Предлагается в неотопительный период (апрель – сентябрь) включать паровые котлы для выработки пара. Пар будет проходить через ВРМ, понижая свое давление до необходимого для сетевых подогревателей для последующего подогрева воды на горячее водоснабжение. При этом на генераторах ВРМ будет вырабатываться электроэнергия, которая будет передаваться на шины собственных нужд котельной. По результатам расчетов, к установке было выбрано две ВРМ мощность 700 кВт каждая, а также три сетевых подогревателя. При рассматриваемом включении дополнительных паровых котлов и ВРМ в неотопительный период года, выработанная электроэнергия полностью покроет затраты на собственные нужды котельной. Срок окупаемости проекта составит 5 лет.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты технико-экономических расчетов показывают целесообразность внедрения ВРМ в тепловую схему котельной как энергосберегающее мероприятие.

1. Клименко А.В., Агабабов В.С., Рогова А.А., Тидеман П.А. Схемы ПГУ-КЭС и ПГУ-ТЭЦ с системами одновременного совмещенного производства тепла и холода // Энергосбережение и водоподготовка. 2017. № 1 (87). С. 20–23.

2. Ротач Р.Р., Ваньков Ю.В., Зиганшин Ш.Г., Измайлова Е.В. Оптимизация тепловой схемы путем внедрения паровой винтовой машины// Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. №21(5). С. 14-21.

3. Березин С. Р., Носков А. Н., Щеглов Г. А. Определение показателей рабочего процесса паровой винтовой машины // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2017. № 1. С. 50-56.

4. Калинин Н.В., Жигулина Е.В., Мартынов А.В. Эффективность расширительных машин в составе установок и систем // Надежность и безопасность энергетики. 2017. №4 (35). С.46-49.

5. Куличихин В.В., Тюняев М.В. Детандер-генераторные агрегаты в энергетике России. Мифы и реальность // Надежность и безопасность энергетики. 2017; (4):62-69.

6. Клименко А.В., Агабабов В.С., Борисова П.Н. Совместная генерация произведенных энергоносителей (обзор) // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. № 2. С. 6–29.

7. Агабабов В.С., Петин С.Н., Борисова П.Н. Термодинамический анализ схемы бестопливной установки для одновременной генерации электроэнергии и холода // Энергосбережение и водоподготовка. 2017. № 4 (102). С. 39–45.

8. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Экспериментальные исследования оптимального управления расходом энергии // АВОК. 2017. № 1. С. 51-55.

9. Wei He, Jihong Wang. Optimal selection of air expansion machine in Compressed Air Energy Storage: A review: Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. V.87. pp.77-95.

10. Rotach R., Vankov Y., Ziganshin S., 2019b. Efficiency of Introducing a Steam ScrewRotor Machine to the Heating Power Plant Circuit. E3S Web of Conferences: International Scientific Conference on Energy, Environmental and Construction Engineering (EECE), Volume 140, pp. 1–4

11. Vankov JV, Rotach RR, Laptev SV, Ziganshin SG, Afanaseva OV. Introduction of a Steam Screw-Rotor Machine to Improve the Energy and Economic Efficiency of Chemical Enterprises: International Journal of Technology (IJTech). 2020. V. 11. No 8.

12. Antonio Giuffrida. Improving the semi-empirical modelling of a single-screw expander for small organic Rankine cycles: Applied Energy. 2017. V. 193.

13. Giuseppe Bianchi, Stuart Kennedy, Obadah Zaher, Savvas A. Tassou, Jeremy Miller, Hussam Jouhara. Numerical modeling of a two-phase twin-screw expander for Trilateral Flash Cycle applications: International Journal of Refrigeration. 2018. V. 88.

14. Dumont O., Parthoens A. Experimental investigation and optimal performance assessment of four volumetric expanders (scroll, screw, piston and roots) tested in a small-scale organic Rankine cycle system: Energy. 2018. V.165. pt A. pp.1119-1127.

15. G.Li, B.Lei, Yu.Wu. Influence of inlet pressure and rotational speed on the performance of high pressure single screw expander prototype: Energy. 2018. V.147. pp. 279-285.

16. Diao A., Wang Yu., Guo Yu. Development and application of screw expander in natural gas pressure energy recovery at city gas station: Applied Thermal Engineering. 2018. V.14. pp. 665-673.