Введение к работе
Актуальность работы. Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов является важнейшей задачей. В связи с этим приоритетным является внедрение в Российской Федерации энергосберегающих технологий на промышленных предприятиях и в коммунальном секторе. Российская тепловая энергетика в настоящее время в основном использует для генерации устаревшие паротурбинные энергоблоки, обладающие низким КПД и в значительной степени выработавшие свой ресурс, и остро нуждается в модернизации и наращивании мощностей.
Наряду со способами повышения экономичности тепловых двигателей за счёт совершенствования их конструкции и повышения параметров рабочей среды (повышение начальной температуры газа, степени повышения давления в компрессоре и др.), эффективным путем более полного использования энергии сжигаемого топлива является утилизация вторичных энергоресурсов, образующихся при работе тепловых двигателей, в том числе и теплоты отработавших газов тепловых двигателей.
Проблеме рационального использования энергии уделяется внимание на государственном уровне. Правительством России утвержден проект энергетической стратегии до 2030 г. В 2009 г. принят федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности».
Диссертационная работа посвящена проблеме повышения эффективности тепловых двигателей (ТД) для совместного производства электрической и тепловой энергии за счет наиболее полной утилизации их вторичных энергоресурсов, в том числе с применением теплонасосных установок (ТНУ) и выбора оптимальных режимов работы ТД совместно с ТНУ при переменном графике потребления электрической и тепловой мощности.
Также существует проблема оценки эффективности работы тепловых двигателей работающих совместно с теплонасосными установками. Поэтому в работе приведена методика для определения основных параметров ТНУ, работающих в схемах электро- и теплоснабжения отдельного потребителя.
Рассмотрены вопросы совместной работы теплового двигателя и ТНУ при изменении параметров окружающей среды, выполнено экспериментальное
исследование влияния работы теплонасосной установки на режимах частичной мощности.
Актуальность работы определяется необходимостью перехода от традиционных источников электро- и теплоснабжения (котельных, ТЭС) к новым на базе когенерационных установок (КУ), а также использованию низкопотенциальных источников энергии с помощью теплонасосных установок (ТНУ). В качестве таких установок могут выступать КУ на базе ГТУ и ДВС, работающие совместно с ТНУ.
Цель диссертационной работы - повышение эффективности тепловых двигателей (дизеля, ГТУ) при их совместной работе с теплонасосными установками в условиях неравномерного графика потребления электрической и тепловой энергии.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи.
Уточнение методики расчета ТНУ с учетом потерь эксергии в ее элементах. На основе расчетно-теоретического анализа оценка значений эксергетических потерь в элементах ТНУ.
Анализ работы тепловых двигателей на режимах частичной мощности с различными потребителями мощности (электрогенераторы, центробежные и поршневые компрессоры ТНУ).
Уточнение зависимостей для определения основных параметров дизеля и ГТУ на режимах частичной мощности.
Разработка методики и программы расчета основных параметров когенерационной установки, включающей ТНУ и работающей при неравномерном графике тепловой и электрической нагрузки.
Расчетно-теоретический анализ работы КУ на базе дизеля и ГТУ при децентрализованном энергообеспечении.
Экспериментальное исследование работы теплонасосной установки на частичных режимах.
Методы исследования. В работе применены экспериментальные и расчетно-аналитические методы исследования, в том числе проводилось моделирование режимов работы когенерационной установки на базе дизеля и ГТУ, работающих совместно с ТНУ.
Достоверность результатов экспериментальных исследований и результатов математического моделирования определяется достаточной точностью применявшегося оборудования и стендов, сходимостью результатов с результатами опубликованных экспериментальных исследований, обработанных с применением методов математической статистики.
Научная новизна диссертационной работы состоит:
в разработке методики расчёта и получении конкретных количественных результатов по исследованию совместной работы тепловых двигателей (дизель, ГТУ) и ТНУ при неравномерных графиках электрической и тепловой нагрузок; в разработке методики расчета ТНУ с учетом потерь эксергии в ее элементах; выполнена доработка экспериментальной установки для исследования ТНУ при различных способах регулирования.
Практическая значимость работы.
Показана практическая значимость эксергетического анализа, как одного из наиболее корректных и удобных для определения эффективности сложных, из-за разного по типу оборудования, систем для производства двух или более видов энергии (электрической, тепловой, и т.д.).
Уточнена методика эксергетического расчета ТНУ.
Даны рекомендации по выбору и применению когенерационных установок с различным типом теплового двигателя (дизель или ГТУ) работающих совместно с ТНУ в условиях неравномерного графика энергопотребления.
Программу расчета можно использовать для расчета параметров когенерационной установки и оценки ее эффективности при заданных графиках электрической и тепловой мощности.
Модернизированная экспериментальная установка позволяет производить экспериментальные работы с целью уточнения и выявления особенностей работы ТНУ на частичных режимах при различных способах регулирования.
Реализация результатов работы. Результаты проведенного исследования используются при выполнении научно-исследовательской работы кафедры теплотехники и тепловых двигателей Российского университета дружбы народов, в учебном процессе, в том числе при подготовке магистров и аспирантов.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях инженерного факультета РУДН, а также на XXI Всероссийской межвузовской конференции «Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели» в МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2008 г.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 11 опубликованных работах.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка используемой литературы и приложений. Содержание работы изложено на 155 страницах машинописного текста, включая 73 рисунка и 13 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 105 наименований.
