No abstract

Проведен анализ тенденции изменения использования топливно-энергетических ресурсов для выработки электроэнергии. Показано, что все большее внимание уделяется выработке электрической энергии на основе утилизации вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). Для упрощения решения задачи энергосбережения на этапе создания новых энергетических установок и при совершенствовании существующих объектов, имеющих в своем составе ВЭР достаточного потенциала, построена и предложена иерархическая структура комплексного методологического подхода. Методологический подход позволяет оценить целесообразность решения задачи энергосбережения на основе реализации паротурбинных циклов на низкокипящих рабочих телах. Структура подхода представляет собой определенную совокупность и последовательность действий, начиная с анализа источника теплоты и заканчивая расчетом и подбором теплообменного и турбинного оборудования. При этом задача поиска рационального решения решается на каждом этапе формирования тепловой схемы. Согласно представленному методологическому подходу выбирается рабочее тело, формируется тепловая схема, рассчитываются теплообменники и турбина. Предложено выбирать теплообменное оборудование из существующего в нефтехимической отрасли, что позволяет снизить затраты при реализации проекта. Более сложным элементом тепловой схемы является турбина, которая в большинстве случаев требует индивидуального подхода. Это приводит к необходимости проектирования новой проточной части для каждого отдельного случая. Показана важность определения оптимальных соотношений расхода и степени расширения рабочего тела в проточной части турбины с учетом особенностей проектирования и изготовления лопаточных аппаратов. В качестве примера представлены расчетные исследования когенерационной энергетической установки, для которой получены характеристики тепловой схемы, предложены рациональные варианты теплообменного оборудования, а также подобрана оптимальная степень расширения в турбине для получения максимальной эффективности энергетической установки и технически реализуемой проточной части турбины. Ключевые слова: вторичные энергетические ресурсы, энергосбережение, органический цикл Ренкина, тепловая схема, турбина, теплообменник, электроэнергия, когенерация.

АННОТАЦИЯ O. SHUBENKO, M. BABAK, О. SENETSKYI, V. SARAPIN ESTIMATING THE ENGINEERING AND TECHNICAL PERFORMANCES FOR THE STAGE THERMAL CIRCUIT OF TURBINE UNIT OPERATING ON LOW-BOILING WORKING MEDIA ABSTRACT The data of engineering and economical analysis on the estimation of the value of required investments and the payback period in the case of implementation of the two-cascade cogeneration plant of a low power to realize "the biopower village" strategy have been given. The basic engineering and economical performances of mini-heat power plant were defined for climatic conditions in the city of Zaporozie. It has been established that the realization of this mini-HPP with the installed electric power of 110 KW can be promising (the 3.2 -year payback period) only at the standard fuel price of at least 40 USD and the energy price of 2.2. UAH (KW·h) and the heat price of 2200 UAH/Gcal. At the installed electric power of mini-HPP of 450 KW (350 KW·e for the first ORC (organic Rankin Cycle) loop) and 100 kW·e for the second loop and the same prices for the electric power and the heat the realization of it can be promising at 70 USD/t.s.f. (tons of standard fuel). The research was done to compare a change in payback periods

Приведено описание и основные особенности использования разработанного в ИПМаш НАН Украины программного комплекса Thermal Scheme, позволяющего проводить расчетные исследования тепловых схем с использованием реальных свойств разных рабочих тел. В качестве примера, демонстрирующего возможности предлагаемого программного комплекса, выполнены расчетные исследования тепловой схемы низкотемпературной сепарации природного газа с применением турбодетандерного агрегата. Приведены результаты расчетных исследований рассматриваемой схемы.Ключевые слова: программный комплекс, рабочее тело, тепловая схема, турбодетандерный агрегат, турбина, компрессор, сепаратор, низкотемпературная сепарация. О. Л. ШУБЕНКО, В. П. САРАПІН ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ THERMAL SCHEME ДЛЯ РОЗРАХУНКУ ТЕПЛОВИХ СХЕМНаведено опис і основні особливості використання розробленного в ІПМаш НАН України програмного комплексу Thermal Scheme, що дозволяє проводити розрахункові дослідження теплових схем з використанням реальних властивостей робочих тіл. Як приклад, який демонструє можливості пропонуємого програмного комплексу виконані розрахункові дослідження теплової схеми низькотемпературної сепарації природного газу з застосуванням турбодетандерного агрегату. Наведені результати розрахункових досліджень розглянутої схеми.Ключові слова: програмний комплекс, робоче тіло, теплова схема, турбодетандерний агрегат, турбіна, компресор, сепаратор, низькотемпературна сепарація. O. SHUBENKO, V. SARAPIN PECULIARITIES OF THE USE OF SOFTWARE SYSTEM THERMAL SCHEME TO COMPUTE HEAT BALANCE DIAGRAMSDrawbacks of the most known software systems used for the calculated analysis of heat balance diagrams were analyzed. A short description of the software program Thermal Scheme including the main peculiarities of it has been given. This software system allows us to carry out the calculated analysis of heat balance diagrams using the real properties of actuating media. A list of the elements the most frequently used for the calculated analysis of heat balance diagrams has been given. The equation systems that are used for the calculation of the elements of heat balance diagrams using the Thermal Scheme software system were also given. To demonstrate the opportunities of the suggested software system we carried out as an example the calculated analysis of the heat balance diagram used for a low-temperature separation of the natural gas using the turboexpander unit. The calculated analysis data on the estimation of material and power balances and thermodymanic indices of diagram elements were given for the diagram in question As a result using no manual selection we obtained the heat exchanger output temperature for the direct flow and the turbine output pressure when executing the power balance between the turbine and the compressor of turboexpander unit. It allowed us to curtail the time required for the calculated analysis. The given information demonstrates the advantages of the Thermal Scheme software system.

А. Л. ШУБЕНКО, А. В. CЕНЕЦКИЙ, В. П. САРАПИН ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ ТУРБИН, РАБОТАЮЩИХ НА НИЗКОКИПЯЩИХ РАБОЧИХ ТЕЛАХ АННОТАЦИЯ Приведены результаты расчетных исследований с использованием программного комплекса, разработанного в ИПМаш НАН Украины, по определению расходных и геометрических характеристик проточных частей турбин на органических рабочих телах, с учетом их свойств. Проведен сравнительный анализ характеристик проточных части турбин со сверхкритическими и докритическими параметрами рабочего тела на входе в турбину. Показано влияние начальных параметров на экономичность и мощность турбины. Ключевые слова: турбина, электрическая мощность, энергосбережение, тепловая схема, проточная часть, сверхкритические и докритические параметры, низкокипящее рабочее тело, смесевое и однокомпонентное рабочее тело. O. SHUBENKO, О. SENETSKY, V. SARAPINABSTRACT A comparative analysis of supercritical and subcritical steam turbine cycles with low-boiling actuating medium has been done. The effect of initial steam parameters at the turbine inlet on the metering, geometric and power characteristics of the turbine was demonstrated using different actuating media. Steam turbine cycles of this type using the mix (multicomponent) medium or single-component actuating medium that define the amount of capital expenditures and have an impact on the further operation of heat flow diagram have also been compared. Computation studies of the flow system of turbines using different actuating media were carried out taking into consideration the thermodynamic properties and peculiarities of low-boiling actuating media in question. The data of computation studies that were carried out using the software system developed by the IPMash of the National Academy of Sciences of Ukraine showed that the selection of actuating medium should be based on the availability of industrial production that would allow us to reduce the procurement costs for it and the costs for the replenishment of leakages (if available) during the operation. When implementing the lowboiling actuating media-based heat flow diagram it is required to compare the efficiency of thermodynamic cycles, and to estimate the specific quantity of metal and the power efficiency of all the components of power plant. It should also be taken into account that the boundary curve of dryness fraction is of an inclining type and therefore to reduce the costs required for the condensation of actuating medium its parameters should be selected in a way so as to bring the expansion process closer to the boundary curve. It has been established that the overall dimensions of the flow system of turbine with supercritical and subcritical parameters change insignificantly; the flow-rate of actuating medium differs within 10 %, and the electric power changes up to 5 %.