1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 2, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 2, стр. 3-14

Расчет модернизированного цикла ренкина с бромисто-литиевым раствором в качестве рабочего тела

Д. В. Добрыднев a, *, В. В. Папин a, Р. В. Безуглов a, Н. Н. Ефимов a, Е. М. Дьяконов a, А. С. Шмаков a

a Южно-Российский государственный политехнический университет им. М.И. Платова
346428 Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, д. 132, Россия

* E-mail: dobrydnev_dv@npi-tu.ru

Поступила в редакцию 06.06.2023
После доработки 22.07.2023
Принята к публикации 30.08.2023

Аннотация

Повышение энергетической эффективности теплосиловых установок, работающих по циклу Ренкина, – одна из приоритетных задач российской энергетики. Несмотря на значительное количество научных исследований, эффективность установок такого типа все еще остается низкой. В качестве технологического решения для повышения их эффективности рассматривается модернизированный цикл Ренкина, в котором в качестве рабочего тела используется водный раствор бромида лития, процесс конденсации отработавшего после турбины пара заменен на процесс его абсорбции, а вторым рабочим телом является абсорбент. Изложены особенности функционирования такого цикла, представлена методика его расчета. Исследования показали, что применение бромисто-литиевого раствора позволяет снизить давление пара после турбины и увеличить полезный теплоперепад, а также степень заполнения цикла. Кроме того, при регенерации тепла раствора, возвращаемого из котла, повышается средняя температура подвода тепла в цикл, что также увеличивает его термический КПД по сравнению с традиционной схемой. Проведены анализ энергетической эффективности модернизированного цикла и сопоставление его с традиционным циклом Ренкина на водяном паре. Расчеты показали, что применение модернизированного цикла позволяет повысить термический КПД в среднем на 1–2% по сравнению с традиционным решением. Исследованы показатели, свойственные как паросиловым, так и абсорбционным циклам, выведены графические зависимости эффективности от основных параметров. Экономический эффект от применения модернизированной схемы заключается в снижении расхода топлива и выбросов вредных веществ в атмосферу соразмерно снижению расхода топлива.

Ключевые слова: абсорбция, цикл Ренкина, бромид лития, концентрация раствора, энтальпия, кратность циркуляции, тепловая электрическая станция, энергоэффективность, модернизированная схема, эффективность теплосиловых установок

Список литературы

  1. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года / М-во энергетики РФ. Утв. распоряжением Правительства РФ № 1523-р от 09.06.2020. [Электрон. ресурс.] https://minenergo.gov.ru/node/1026.

  2. Петрущенков В.А., Коршакова И.А. Качественный и количественный анализ тепловой энергетики малых мощностей в России // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2020. № 5. С. 52–70.

  3. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. М.: Изд-во МЭИ, 2008.

  4. Kazemi A., Moreno J., Iribarren D. Economic optimization and comparative environmental assessment of natural gas combined cycle power plants with CO2 capture // Energy. 2023. V. 277. P. 127661. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127661

  5. Галашов Н.Н., Цибульский С.А. Параметрический анализ схемы парогазовой установки с комбинацией трех циклов для повышения КПД при работе в северных газодобывающих районах // Изв. ТПУ. 2019. Т. 330. № 5. С. 44–55. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/5/274

  6. Singh O.K. Performance enhancement of combined cycle power plant using inlet air cooling by exhaust heat operated ammonia-water absorption refrigeration system // Appl. Energy. 2016. V. 180. P. 867–879. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.042

  7. Proposal and application of supercritical steam Rankine cycle using supercritical reheating regeneration process and its comparison between S-CO2 Brayton cycle / E. Sun, X. Wang, Q. Qian, H. Li, W. Ma, L. Zhang, J. Xu // Energy Convers. Manage. 2023. V. 280. P. 116798. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.116798

  8. Opriș I., Cenușă V.E. Parametric and heuristic optimization of multiple schemes with double-reheat ultra-supercritical steam power plants // Energy. 2023. V. 266. P. 126454. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.126454

  9. Multi-objective optimisation and fast decision-making method for working fluid selection in organic Rankine cycle with low-temperature waste heat source in industry / X. Zhang, H. Bai, X. Zhao, A. Diabat, J. Zhang, H. Yuan, Z. Zhang // Energy Convers. Manage. 2018. V. 172. P. 200–211. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.07.021

  10. Yang M., Yeh R. Analyzing the optimization of an organic Rankine cycle system for recovering waste heat from a large marine engine containing a cooling water system // Energy Convers. Manage. 2014. V. 88. P. 999–1010. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.09.044

  11. Braimakis K., Karellas S. Exergetic optimization of double stage Organic Rankine Cycle (ORC) // Energy. 2018. V. 149. P. 296–313. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.02.044

  12. Working fluids for low temperature organic Rankine Cycles / B. Saleh, G. Koglbauer, M. Wendland, J. Fischer // Energy. 2007. V. 32. P. 1210–1221. https://doi.org/10.1016/j.energy.2006.07.001

  13. Galashov N., Tsibulskiy S., Serova T. Analysis of the properties of working substances for the organic Rankine cycle based database “refprop”: Report on the Intern. Conf. on Termophysical Basis of Energy Technologies. Tomsk, 2015 // EPJ Web conf. 2016. V. 110. P. 01068. https://doi.org/10.1051/epjconf/201611001068

  14. Maloney J.D., Robertson R.C. Thermodynamic study of ammonia-water heat power cycles: Report CF-53-8-43. Oak Ridge National Laboratory, 1953.

  15. Kalina A.I. Combined cycle and waste heat recovery power systems based on a novel thermodynamic energy cycle utilizing low-temperature heat for power generation. American Society of Mechanical Engineers, 1983. Paper 83-JPGC-GT-3.

  16. Zhang X., He M., Zhang Y. A review of research on Kalina cycle // Renewable Sustainable Energy Rev. 2012. V. 16. No. 7. P. 5309–5318. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.05.040

  17. Tozlu A., Yosaf S.A., Özcan H. Thermodynamic feasibility analysis of a newly modified absorption power cycle running with LiBr-water // Environ. Prog. Sustainable Energy. 2021. V. 40. No. 1. P. 13483. https://doi.org/10.1002/ep.13483

  18. Shokati N., Ranjbar F., Yari M. A comparative analysis of Rankine and absorption power cycles from exergoeconomic view point // Energy Convers. Manage. 2014. V. 88. P. 657–668. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.09.015

  19. Абсорбционные преобразователи теплоты: монография / А.В. Бараненко, Л.С. Тимофеевский, А.Г. Долотов, А.В. Попов. СПб.: СПбГУНиПТ, 2005.

  20. Карабарин Д.И. Повышение эффективности утилизации низкопотенциальной энергии теплотехнологических установок: дис. … канд. техн. наук. Красноярск: СФУ, 2020.

  21. Галимова Л.В. Абсорбционные холодильные машины и тепловые насосы: учеб. пособие для вузов. Астрахань: Изд-во АГТУ, 1997.

  22. Exergoeconomic optimization of an ammonia–water hybrid absorption–compression heat pump for heat supply in a spray-drying facility / J.K. Jensen, W.B. Markussen, L. Reinholdt, B. Elmegaard // Int. J. Energy Environ. Eng. 2015. V. 6. P. 195–211. https://doi.org/10.1007/s40095-015-0166-0

  23. Модернизированный паросиловой цикл, работающий по абсорбционному принципу / В.В. Папин, Н.Н. Ефимов, Д.В. Добрыднев, Е.М. Дьяконов, Р.В. Безуглов, А.С. Шмаков // Промышленная энергетика. 2022. № 1. С. 18–27.

  24. Морозюк Т.В. Теория холодильных машин и тепловых насосов. Одесса: Негоциант, 2006.

  25. Pipeline corrosion failure in an absorption chiller / A. Brotzu, F. Felli, S. Natali, D. Pilone // Procedia Eng. 2015. V. 109. P. 43–54. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.06.205

  26. Степанов К.И., Волкова О.В., Цимбалист А.О. Исследование коррозионной стойкости нержавеющих сталей в ингибированном водном растворе бромида лития // Вестник Междунар. академии холода. 2012. № 2. С. 57–60.

  27. Wagner W. The IAPWS formulation 1995 for the thermodynamic properties of ordinary water substance for general and scientific use // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2002. V. 31. No. 2. P. 387–535. https://doi.org/10.1063/1.1461829

  28. Вукалович М.П. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: Изд-во стандартов, 1969.

  29. REFPROP. National Institute of Standards and Technology / https://www.nist.gov/srd/refprop (Дата обращения: 30.03.2023)

  30. ASHRAE Handbook 2017 – Fundamentals. SI ed. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc., 1995.

  31. Маленков А.С. Разработка перспективной системы теплохладоснабжения на основе абсорбционных трансформаторов теплоты: дис. … канд. техн. наук. М.: НИУ МЭИ, 2018.

  32. Kaita Y. Thermodynamic properties of lithium bromide–water solutions at high temperatures // Int. J. Refrig. 2001. V. 24. Is. 5. P. 374–390. https://doi.org/10.1016/S0140-7007(00)00039-6

  33. Patek J., Klomfar J. A computationally effective formulation of the thermodynamic properties of LiBr–H2O solutions from 273 to 500 K over full composition range // Int. J. Refrig. 2006. V. 29. P. 566–578. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2005.10.007

  34. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: справ. / С.Н. Богданов, С.И. Бурцев, О.П. Иванов, А.В. Куприянова. 4-е изд., перераб. и доп. СПб.: СПбГАХПТ, 1999.

  35. Энтальпийная диаграмма водного раствора бромида лития / С.В. Караван, А.А. Дзино, А.А. Малышев, Д.В. Караван // Вестник Междунар. академии холода. 2012. № 3. С. 36–39.

  36. Караван С.В., Пинчук О.А. Интегральные энтальпии и энтропии водного раствора бромида лития // Вестник Междунар. академии холода. 2013. № 4. С. 38–42.

  37. Lansing F.L. Computer modeling of a single-stage lithium bromide/water absorption refrigeration unit // The Deep Space Network Progress Report. DSN PR 42-37. Nov.‒Dec. 1976. V. 42. P. 152–168.

  38. Мааке В., Эккерт Г.Ю., Кошпен Ж.Л. Учебник по холодильной технике. М.: Изд-во МГУ, 1998.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал