Материал: 2293

сичных веществ с отработавшими продуктами сгорания топлива, например за счет впрыска воды или пара в камеру сгорания для подавления образования окислов азота без снижения экономичности цикла [15].

Принципиальная схема теплохладоэнергетического агрегата на базе ГТУ приведена на рис. 1.1, б.

Рис. 1.1. ПГУ с ВПГ и глубоким охлаждением газов (а), ГТУ с глубоким охлаждением газов (б): К – компрессор; ВПГ высоконапорный парогенератор; ГТ – газовая турбина; Э1, Э2, Э3 – кипящая, сухая и мокрая ступени напорного экономайзера; ВО – сепаратор капельной влаги; Д – турбодетандер; Х – холодильная камера; КС – камера сгорания; Г электрогенератор

Ранее отмечалось, что снижение содержания СО2 в уходящих газах энергоустановок имеет существенное значение для оценки их экологиче-

10

ской эффективности. Вместе с тем диоксид углерода является ценным технологическим продуктом, находящим все более широкое применение в различных отраслях хозяйства, и потребность в нем в настоящее время полностью не удовлетворяется [10, 11, 25, 31]. В нашей стране 15 % годового выпуска твердого диоксида углерода и 40 % жидкого СО2 производится на базе специального сжигания топлива [25, 31]. При этом для производства 1 т СО2 сжигается 1 1,3 т условного топлива. Ежегодный расход топлива на нужды производства СО2 составляет более 200 тыс. т в год. Причем используются только высокосортные виды топлива, такие как кокс, антрацит АК, природный газ и др. Поэтому разработка и осуществление мероприятий по извлечению диоксида углерода вымораживанием из продуктов сгорания топлива приводит к повышению экономической и экологической эффективности энергоустановок и решает задачу производства СО2 наиболее дешевым способом.

Исследование различных схем теплохладоснабжения предприятий, потребляющих теплоту, электроэнергию и холод (СО2), показывает, что комплексное производство этих видов энергии в ТХЭА, по сравнению с существующим раздельным, позволяет снизить расход топлива на 30 40 % [12, 13, 35].

При этом выработанный диоксид углерода может найти широкое при-

менение [11, 25]:

в сельском хозяйстве для хранения и транспортировки продукции животноводства и растениеводства, для газовой подкормки растений в закрытых грунтах, при производстве хлореллы, используемой в качестве кормовой добавки скоту, и др. [28];

на машиностроительных предприятиях в литейном и сварочном це-

хах;

в химической промышленности при производстве полимеров;

для искусственного воздействия на переохлажденные облака и туманы в целях получения дополнительных осадков, борьбы с градобитием и др.;

для тушения пожаров.

Однако наибольшее применение диоксида углерода следует ожидать в нефтедобывающей промышленности, где СО2 в жидком виде применяется для искусственного воздействия на пласт, что позволяет увеличить нефтеотдачу пластов на 8 16 % и ускорить темпы разработки нефтяных месторождений в 1,5 2 раза.

В настоящее время производится разработка концепции (технологии) создания эффективных экологически чистых стационарных или передвижных источников теплоснабжения сел и малых городов Российской Федерации с необходимой производительностью: для централизованного тепло-

11

снабжения от 1 до 60 Гкал/ч; для децентрализованного до 1 Гкал/ч. Основной вид топлива – каменный уголь и природный газ.

Учитывая, что ТХЭА обладают высокой тепловой и экологической эффективностью, они могут найти широкое применение для производства теплоты как для централизованного, так и децентрализованного теплоснабжения сел, малых городов и отдельных промышленных предприятий, заменив малоэффективные котельные агрегаты [12, 13, 34].

В качестве газотурбогенераторов и турбодетандеров при создании ТХЭА могут быть использованы как стационарные, так и транспортные газотурбинные двигатели и их элементы, применение которых позволит значительно сократить сроки проектирования, изготовления и ввода агрегатов в действие.

Следует отметить, что в настоящее время работы по созданию ГТД малой мощности для отопительно-вентиляционной техники начаты как в нашей стране, так и за рубежом (США, Франции, Великобритании, ФРГ) [19, 26]. При этом с целью сокращения тепловых потерь при передаче энергии на большие расстояния предлагается децентрализация энергоснабжения сел, малых городов и предприятий сельскохозяйственной и пищевой промышленности. На базе ГТУ созданы мощные отопительные генераторы теплоты с комплексной выработкой электроэнергии или холода для систем кондиционирования воздуха. В качестве базовых турбоагрегатов применяют газовые турбины малой мощности. Теплопроизводительность таких агрегатов 300 1200 кВт. Прогнозируется, что потребность в таких установках будет исчисляться миллионами штук. В качестве топлива для ГТУ используется жидкое и газообразное. Проводятся разработки ГТУ со встроенными газификаторами каменного угля.

12

Работа сжатия в компрессоре

lК = h3 – h1 .

Работа расширения в турбине

lТ = h4 – h5 .

Работа расширения в турбодетандере lД = h6 – h7 .

Подвод теплоты сгорания топлива

qТ = h4 – h3 .

Отвод теплоты (теплопроизводительность) q = h5 – h6 .

Холодопроизводительность

q0 = h1 – h7 .

Анализ рис. 2.1 показывает, что цикл ТХЭА можно представить как совокупность двух термодинамических циклов: прямого (2-3-4-5-2) и обрат-

ного (1-2-6-7-1).

Работа прямого цикла

lП = (h4 – h5) – (h3 – h2).

Работа обратного цикла

lО = (h6 – h7) – (h2 – h1).

При выработке в агрегате только теплоты и холода работа прямого цикла используется для осуществления обратного цикла

lП = lО . (2.1)

Сравним цикл ТХЭА с прямым термодинамическим циклом 1-3-4-5'-1, в котором осуществляется подвод такого же количества теплоты сгорания топлива при постоянном давлении. Уменьшение работы в цикле ТХЭА в связи с недорасширением в газовой турбине и снижением температуры потока перед детандером по сравнению с прямым термодинамическим циклом составляет

l = l – lП + lО

В цикле ТХЭА происходит увеличение количества выработанной теп-

Сравнение циклов показывает, что в ТХЭА за счет уменьшения полезной работы вырабатывается большее количество теплоты с более высоким

14