Thermodynamic analysis of ways to modernize CHP plants with back-pressure turbines in the absence of an industrial steam consumer

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Thermal power plants with back-pressure turbines have been widely used for the combined production of electricity and industrial steam. Due to the decline in industrial production by more than 50% between 1990 and 1998, the demand for industrial steam decreased, as a result of which some of the pressure turbine units lost their load and were decommissioned. In order to resume the operation of thermal power plants with back-pressure turbines, it is possible to modernize existing power units. This article presents the results of a comparative thermodynamic analysis of various ways to modernize thermal power plants with P-type turbines: a superstructure of a condensing turbine and a superstructure of a heat exchanger heating carbon dioxide used as a working fluid of a closed Rankine or Brayton cycle. Calculated estimates of the influence of ambient temperature on the energy efficiency of the proposed circuit solutions have been obtained. It has been established that the use of a circuit with a carbon dioxide working fluid proves to be a thermodynamically effective solution at outdoor temperatures below 7°C. In turn, the payback period for modernization by adding the carbon dioxide cycle is 13.5 years.

Авторлар туралы

V. Kindra

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Russia

D. Lvov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Email: lvovdd@mpei.ru
Moscow, Russia

I. Komarov

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Russia

A. Vegera

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Russia

M. Kozhemyakin

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”

Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Киндра В.О., Комаров И.И., Осипов С.К., Злывко О.В., Наумов В.Ю. Термодинамический анализ полузакрытых циклов с кислородным сжиганием топлива и углекислотно-паровым теплоносителем // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2023. № 3. C. 18–33. https://doi.org/10.31857/S0002331023030056
  2. Киндра В.О., Комаров И.И., Злывко О.В., Максимов И.А., Островский М.А. Термодинамический анализ тринарных энергоустановок // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2024. № 1. C. 70–81. https://doi.org/10.31857/S0002331024010091
  3. Клименко А.В., Терешин А.Г., Прун О.Е. Перспективы России в снижении выбросов парниковых газов // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2023. № 2. C. 3–15. https://doi.org/10.31857/S0002331023020036
  4. Божко В.В. и др. Модернизация турбоустановок типа “Р” с целью их перевода с противодавления на работу по теплофикационному графику. Опыт эксплуатации модернизированных турбин // Новости теплоснабжения. 2006. № 2. С. 24.
  5. Грибков А.М., Фадеев С.А. Вариант продольной компоновки теплофикационных паровых турбин с расположением генератора со стороны цилиндра высокого давления // Теплоэнергетика. Общество с ограниченной ответственностью Международная академическая …, 2013. № 3. С. 69.
  6. Рыженков В.А. и др. Об эффективности защиты теплоэнергетического оборудования от атмосферной коррозии в период ремонтов и длительных простоев // Надежность и безопасность энергетики. 2017. № 1 (8). С. 43–46.
  7. Хлебалин Ю.М. Модернизация ТЭЦ с противодавленческими турбинами и промежуточным перегревом // Промышленная энергетика. Закрытое акционерное общество “Научно-техническая фирма “Энергопрогресс”, 2005. № 8. С. 2–4.
  8. Воронин В.П. и др. Некоторые направления технического перевооружения теплоэлектроцентралей // Теплоэнергетика. Федеральное государственное бюджетное учреждение “Российская академия наук”, 2002. № 12. С. 2–11.
  9. Гафуров А. Использование сбросной низкопотенциальной теплоты для повышения экономической эффективности ТЭС в зимний период времени // Энергетика Татарстана. 2014. № 3–4. С. 69.
  10. Галашов Н.Н., Цибульский С.А. Анализ эффективности парогазовых установок тринарного типа // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2014. Т. 325. № 4. С. 33–38.
  11. Song J., Li X., Ren X., Gu C. Performance analysis and parametric optimization of supercritical carbon dioxide (S-CO2) cycle with bottoming Organic Rankine Cycle (ORC). Energy 2018, 143, 406–416.
  12. Yu X., Xiao Z., Xie D., Wang C., Wang C. A 3D method to evaluate moisture losses in a low pressure steam turbine: Application to a last stage. Int. J. Heat Mass Transf. 2015, 84, 642–652.
  13. Rogalev A., Rogalev N., Kindra V., Zlyvko O., Vegera A. Study of low-potential heat utilization methods for oxy-fuel combustion power cycles. Energies 2021, 14, 3364.
  14. Moore J., Wade J., Klaerner J., Mortzheim J., Jothiprasad G. STEP 10 MWe SCO2 turbine design, assembly and commissioning // Proceedings of the 8th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium. February 27–29, 2024, San Antonio, Texas. Paper #105. URL: https://sco2symposium.com/proceedings2024/105-paper.pdf (дата обращения: 19.03.2025).
  15. System Overview // Echogen Power Systems. URL: https://www.echogen.com/our-solution/system-overview/ (дата обращения: 19.03.2025).
  16. Wang D., Ling X., Peng H., Liu L., Tao L. Efficiency and optimal performance evaluation of organic Rankine cycle for low grade waste heat power generation. Energy, 2013, Vol. 50, pp. 343–352.
  17. Bao J.J., Zhao L., Zhang W.Z. A novel auto-cascade low-temperature solar Rankine cycle system for power generation. Solar Energy, 2011, Vol. 85, № 11. pp. 2710–2719.
  18. Rogalev A. et al. Structural and parametric optimization of S-CO2 thermal power plants with a pulverized coal-fired boiler operating in Russia // Energies. 2021. Vol. 14, № 21. P. 7136.
  19. Rogalev N. et al. Structural and parametric optimization of S-CO2 nuclear power plants // Entropy. 2021. Vol. 23, № 8.
  20. Воронин В.П. Некоторые направления технического перевооружения теплоэлектроцентралей // Теплоэнергетика. 2002. № 12. С. 2–11.
  21. Дубровский В.Г., Зубов А.П., Кошелев С.А. Реконструкция ТЭЦ в условиях снижения или ликвидации отпуска пара на производственные нужды // Теплоэнергетика. 2018. № 6. С. 21–28. https://doi.org/10.1134/S0040363618060036
  22. Bidkar R.A., Mann A., Singh R., Sevincer E., Cich S., Day M., Moore J. Conceptual designs of 50 MWe and 450 MWe supercritical CO2 turbomachinery trains for power generation from coal. Part 1: Cycle and turbine. In Proceedings of the 5th International Symposium-Supercritical CO2 Power Cycles, San Antonio, TX, USA, 28–31 March 2016; Vol. 2, pp. 28–31.
  23. Мельников А.С., Попов Б.И. Определение эффективности конденсационных и теплофикационных турбоагрегатов на основе энергетических характеристик турбин // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2020. Т. 64. № 4. С. 438–446.
  24. Kawagishi H., Onoda A., Shibukawa N., Niizeki Y. Development of moisture loss models in steam turbines. Heat Transf. — Asian Res. 2013, 42, 651–664.
  25. Sengupta B., Bhattacharya C. Investigation of energy loss on fractional deposition in last stages of condensing steam turbine due to blade shape and moisture droplet size. J. Eng. Gas Turbines Power 2018, 140, 072601.
  26. Walraven D., Laenen B., D’haeseleer W. Economic system optimization of air-cooled organic Rankine cycles powered by low-temperature geothermal heat sources // Energy. Elsevier, 2015. Vol. 80. P. 104–113.
  27. Yang M.-H., Yeh R.-H. Economic performances optimization of an organic Rankine cycle system with lower global warming potential working fluids in geothermal application // Renewable Energy. Elsevier, 2016. Vol. 85. P. 1201–1213.
  28. Walraven D., Laenen B., D’haeseleer W. Minimizing the levelized cost of electricity production from low-temperature geothermal heat sources with ORCs: water or air cooled? // Applied Energy. Elsevier, 2015. Vol. 142. P. 144–153.
  29. Zare V. A comparative exergoeconomic analysis of different ORC configurations for binary geothermal power plants // Energy conversion and management. Elsevier, 2015. Vol. 105. P. 127–138.
  30. Astolfi M. et al. Binary ORC (Organic Rankine Cycles) power plants for the exploitation of medium–low temperature geothermal sources–Part B: Techno-economic optimization // Energy. Elsevier, 2014. Vol. 66. P. 435–446.
  31. Heberle F., Brüggemann D. Thermo-economic evaluation of organic Rankine cycles for geothermal power generation using zeotropic mixtures // Energies. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2015. Vol. 8, № 3. P. 2097–2124.
  32. Rodríguez C.E.C. et al. Exergetic and economic comparison of ORC and Kalina cycle for low temperature enhanced geothermal system in Brazil // Applied Thermal Engineering. Elsevier, 2013. Vol. 52, № 1. P. 109–119.
  33. Arslan O., Yetik O. ANN based optimization of supercritical ORC-Binary geothermal power plant: Simav case study // Applied Thermal Engineering. Elsevier, 2011. Vol. 31, № 17–18. P. 3922–3928.
  34. Ambriz-Díaz V.M. et al. Thermodynamic performance and economic feasibility of Kalina, Goswami and Organic Rankine Cycles coupled to a polygeneration plant using geothermal energy of low-grade temperature // Energy Conversion and Management. Elsevier, 2021. Vol. 243. P. 114362.
  35. Cavalcanti E.J.C., Motta H.P. Exergoeconomic analysis of a solar-powered/fuel assisted Rankine cycle for power generation // Energy. 2015. Vol. 88. P. 555–562.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».