Альтернативные энергосберегающие технологии для повышения эффективности ТЭС

Альтернативные энергосберегающие технологии для повышения эффективности ТЭС

В статье рассмотрена технология энергосбережения с использованием нетрадиционных источников энергии для оптимизации работы тепловых электрических станции. Представлен эффективный способ сокращения расхода топлива котельными агрегатами за счет использования солнечной энергии для предварительного подогрева воздуха. Рассмотрена возможность совместной работы солнечной установки с тепловыми насосами.

Как известно, одним из существенных каналов потерь энергии на ТЭС, напрямую влияющий на расход топлива, является подогрев холодного воздуха перед его подачей в котельный агрегат (топливосжигающую установку).

Для поддержания горения, в топливосжигающую установку подается воздух. По классической схеме, в летний период, воздух забирается с верхней отметки котельного цеха и подается в воздухоподогреватель котла, тем самым обеспечивается использование тепла выделяемого котлом в окружающий воздух и поддержание циркуляции воздуха в цехе за счет создания разряжения в цехе и присоса теплого воздуха с улицы. В зимний период воздух забирается с улицы, затем подается в паровой калорифер, где подогревается паром из отборов турбоустановки до определенной температуры и подается в воздухоподогреватель.

Использование парового калорифера приводит к увеличению коэффициента регенерации турбоустановки, что при прочих равных условиях ведет к необходимости увеличения паропроизводительности котельной установки и перерасходу топлива.

Поскольку в настоящее время новая концепция развития теплоэнергетики России предусматривает повышенные требования к энергосбережению [2,10] и использованию возобновляемых источников энергии, то наибольшую актуальность получают проекты, основанные на использовании энергии солнца [1,3,4] с возможностью взаимовыгодной эксплуатации совместно с другими энергоэффективными технологиями. Одним возможных направлений комбинированной эксплуатации является дополнительное включение в технологическую схему тепловых насосов, которые считаются одним из приоритетных направлений развития технологий сбережения энергоресурсов [5−9].

С целью устранения описанного недостатка предлагается система подогрева воздуха с внедрением технологий, основанных на непосредственном использовании солнечной энергии [3,4].

Техническим результатом, достигаемым данной разработкой, является повышение эффективности работы системы подогрева воздуха, с сохранением надежности оборудования и оптимальных параметров теплоносителей, за счет компенсация части энергозатрат на подогрев воздуха для топливосжигающей установки ТЭС при помощи энергии солнца.

Использование запатентованного солнечного нагревателя с возможностью одновременного нагрева воздуха и воды позволяет наиболее полно использовать энергию солнца [11]. Это достигается за счет того, что в данном типе солнечного нагревателя температура воды на выходе будет выше температуры нагретого воздуха из-за более высоких коэффициентов теплоотдачи и меньшего расхода, это позволяет использовать нагретую воду в качестве греющего теплоносителя в теплообменнике 6 для догрева воздуха после солнечного нагревателя.

Система подогрева воздуха для топливосжигающей установки работает следующим образом (рис. 1.).

При наличии солнечной радиации и при низких температурах наружного воздуха, когда требуется его догрев перед подачей в топливосжигающую установку, закрывается шибер 11, прекращая непосредственную подачу холодного воздуха из воздухозаборного устройства в воздуховод 12, и открывается шибер 10. При открытом шибере 10 дутьевым вентилятором холодный наружный воздух закачивается в солнечный нагреватель, который располагается на наиболее освещенном участке.

Рис 1. Система подогрева воздуха

1 — секции трубчатых теплообменных поверхностей, 2 — отводящий газоход, 3 — перепускной воздушный короб, 4 — солнечный нагреватель, 5 — калорифер, 6 — теплообменник, 7 — дутьевой вентилятор, 8,9 — трубопроводы, 10, 11 — шибер, 12,13 — воздуховод, 14 — воздухозаборное устройство, 15, 16 — запорная арматура, 17 — циркуляционный насос, 18 — трубопровод отвода воды В солнечном нагревателе воздух нагревается за счет тепла, преобразованного из солнечной энергии, и по воздуховоду 12, через вентилятор, подается в теплообменник 6 как нагреваемая среда. Кроме воздуха, в солнечный нагреватель по трубопроводу 8, при помощи циркуляционного насоса, подается вода, которая также нагревается за счет тепла, преобразованного из солнечной энергии. Нагретая вода после нагревателя поступает в теплообменник 6 как греющая среда. В теплообменнике 6 воздух дополнительно нагревается за счет тепла воды, позволяя более полезно использовать энергию солнца. После теплообменника 6 вода отводится для дальнейшего использования остаточного тепла в цикле станции по трубопроводу 18. Поскольку охлажденная вода после теплообменника будет иметь достаточный потенциал, то ее можно использовать в качестве низкопотенциального источника тепла для нужд станции. Воздух, после теплообменника 6, подается в паровой калорифер, где осуществляется подогрев воздуха до номинальной начальной температуры, на которую рассчитана работа секций трубчатых теплообменных поверхностей. Нагрев воздуха до калорифера позволяет сократить, либо полностью компенсировать затраты пара на подогрев воздуха в калорифере, сокращая затраты энергии на собственные нужды станции, связанные с производством греющего пара для калорифера. Предварительно подогретый до номинальной начальной температуры воздух подается на вход в секции трубчатых теплообменных поверхностей. Проходя секции трубчатых теплообменных поверхностей, соединенных перепускным воздушным коробом, воздух окончательно нагревается до номинальных конечных температур за счет теплообмена с уходящими дымовыми газами, которые при этом охлаждаются также до номинального уровня. После прохождения секции трубчатых теплообменных поверхностей, нагретый воздух отводится по воздуховоду 13 для подачи в топливосжигающую установку и на прочие нужды станции.

При наличии солнечной радиации и при относительно высоких температурах наружного воздуха, когда не требуется его догрев перед подачей в топливосжигающую установку, шибер 11 находится в открытом положении, шибер 10 в закрытом положении. В этих условиях солнечный нагреватель нагревает только воду. Вода, при помощи насоса, подается в солнечный нагреватель по трубопроводу 8 и отводится из нагревателя по трубопроводу 9, минуя теплообменник 6, который отключается по греющей стороне при помощи закрытия запорной арматуры 16 и открытия арматуры 15. Нагретая вода отводится для использования полученного тепла в производственном цикле станции по трубопроводу 18.

При отсутствии солнечной радиации не функционирует насос, нагреватель и теплообменник. В данном режиме закрыт шибер 10 и открыт шибер 11, а предварительный нагрев воздуха, перед подачей в секции трубчатых теплообменных поверхностей 1, полностью осуществляется в калорифере 5.

Наличие низкопонециального источника тепла позволяет дополнительно увеличить эффективность ТЭС за счет внедрения теплонасосных установок, позволяющих повысить потенциал тепла и использовать его в цикле ТЭС для компенсации собственных нужд.

В частности, низкопотенциальную энергию можно использовать для поддержания комфортных условий в помещениях с постоянным пребыванием людей, предлагается использование систему автоматического регулирования отопления помещений [12]. Данная система содержит тепловой насос, который нагревает теплоноситель, циркулирующий в установленной системе отопления определенных помещений, поддерживая требуемую температуру воздуха.

Таким образом, использование энергии солнца совместно с энергией пара создает значительный энергосберегающий эффект, при сохранении основных параметров теплоносителей и надежности оборудования, а также дает возможность развития технологии тепловых насосов в цикле ТЭС.

Статья подготовлена при поддержке гранта Забайкальского государственного университета № 199-гр.

• 1. Басс М. С. Комплексный подход к оптимизации функционирования современных систем теплоснабжения / М. С. Басс, А. Г. Батухтин // Tеплоэнергетика. — 2011. — № 8. — С. 55−57.
• 2. Батухтин А. Г. Анализ методов повышения эффективности систем централизованного теплоснабжения / А. Г. Батухтин, В. В. Пинигин, М. В. Кобылкин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. -2012. -№ 154−2. -С. 45−51.
• 3. Батухтин А. Г. Метод повышения эффективности системы теплоснабжения / А. Г. Батухтин, С. Г. Батухтин, П. Г. Сафронов, М. В. Кобылкин // Nauka-Rastudent.ru. -2015. -№ 5 (17). -С. 43.
• 4. Батухтин А. Г. Особенности совместной работы установок гелионагрева и систем централизованного теплоснабжения: монография / А. Г. Батухтин. — Чита: ЗабГУ, 2011. — 155 с.
• 5. Батухтин А. Г. Повышение эффективности современных систем теплоснабжения / А. Г. Батухтин, С. А. Иванов, М. В. Кобылкин, А. В. Миткус. // Вестник Забайкальского государственного университета. -2013. -№ 9. С. 112−120.
• 6. Батухтин А. Г. Применение тепловых насосов для развития теплофикации / А. Г. Батухтин, М. В. Кобылкин, М. Г. Барановская // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. -2016. -№ 1 (238). -С. 28−36. DOI: 10.5862/JEST.238.3
• 7. Батухтин А. Г. Современные способы модернизации существующих систем теплоснабжения/ А. Г. Батухтин, М. В. Кобылкин, А. В. Миткус, В. В. Петин // Международный научно-исследовательский журнал. -2013. -№ 7−2 (14). -С. 40−45.
• 8. Батухтин А. Г. Современные технологии энергосбережения в комплексе «ТЭС-потребитель» / А. Г. Батухтин, М. В. Кобылкин, С. Г. Батухтин, П. Г. Сафронов // Международный научно-исследовательский журнал. -2015. -№ 5−2 (36). -С. 20−23.
• 9. Кобылкин М. В. Перспективное направление внедрения тепловых насосов / М. В. Кобылкин, С. Г. Батухтин, К. А. Кубряков // Международный научно-исследовательский журнал. -2014. -№ 5−1 (24). -С. 74−75.
• 10. Маккавеев В. В. Практическое применение некоторых методик оптимизации режимов отпуска теплоты / В. В. Маккавеев, О. Е. Куприянов, А. Г. Батухтин // Промышленная энергетика. — 2008. — № 10. — С. 23−27.
• 11. Патент 2 403 511 РФ, МПК F24J 2/42. Солнечная установка и способ ее работы/ А. Г. Батухтин, С. Г. Батухтин (РФ). — № 2 009 119 089/06; заявл. 20.05.2009; опубл. 10.11.2010, Бюл. № 31. — 6 с.
• 12. Batukhtin A.G. Energy saving measures for public office buildings / A. G. Batukhtin, M. V. Kobylkin, S. G. Batukhtin, P. G. Safronov // The Fifth International Conference on Eurasian scientific development. Vienna. -2015. -С. 115−118.