НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОСТРОЕНИЯ им. А. Н. Подгорного

Отдел оптимизации процессов и конструкций турбомашин

Энергосберегающая технология с использованием турбин на органических рабочих телах

    В Украине энергетические затраты на производство единицы продукции в 2-3 раза превышают аналогичные затраты в развитых странах. На многих предприятиях неэффективно используют вторичные энергетические ресурсы малого потенциала. Эффективно решить эту проблему можно с использованием ORC (organic Rankine cycle) турбинного контура, в котором в качестве рабочего тела используется фреон.
    Преобразование тепловой энергии в ORC контуре в механическую и далее в электрическую происходит с использованием органического рабочего тела в замкнутом контуре, который включает турбину 1 с электрогенератором, конденсатор 2, ресивер 3, конденсатный насос 4, парогенератор на низкокипящем рабочем теле (НРТ) 5, имеющий две секции (см. тепловую схему на рисунке, ORC контур выделен линией с двумя точками). На рисунке представлена принципиальная тепловая схема малой ТЭЦ с подключением в летний период ORC контура, подогреваемого паром из теплофикационного отбора станционной турбины и «из горячего» конденсатора.

Принятые на схеме обозначения:

    ПК1, ПК2 – станционные паровые котлы с пароперегревателем
    ТГ – турбогенератор на базе паровой турбины
    ГК – «горячий» конденсатор
    КН – конденсатный насос
    Д – деаэратор
    ПД – регенеративный подогреватель
    ПН – питательный насос
    СН – сетевой насос
    ПЛТС – прямая линия тепловой сети
    ОЛТС – обратная линия тепловой сети

    В отличие от развитых стран в Украине не используются энергетические установки на базе турбин с органическими теплоносителями (за исключением турбодетандеров). Предлагаемая технология позволяет создать эффективный цикл для использования вторичных энергоресурсов малого потенциала с выработкой электрической энергии (применение паровых турбин при температуре теплоносителя менее 150 С неэффективно).
    Турбины на НРТ имеют целый ряд достоинств: компактность (низкий уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения); изготавливаются из обычных материалов; имеют высокий внутренний КПД (ηoi ~ 0,85, у паровых турбин ~ 0,75); отсутствие стояночной коррозии и эрозионного износа лопаток капельной влагой; больший гарантируемый срок работы без ремонта (50 тыс. ч); высокая плотность органического рабочего тела позволяет обеспечить относительно небольшие габариты конденсатора, применить воздушный конденсатор; отсутствуют водоподготовка, потери при дегазации, деминерализации подаваемой воды; турбина эффективно работает в широком (до 10 % номинальной нагрузки) диапазоне нагрузок практически без снижения КПД и ряд др.
    Данная технология представляет интерес для предприятий Украины, имеющих (использующих неэффективно) вторичные энергоресурсы, особенно малого потенциала (с температурой не ниже 80 °С), а также предприятий, паровые ТЭЦ которых не могут работать эффективно из-за изменения нагрузки по сравнению с проектной (вариант применения турбины на НРТ для такого случая представлен на рисунке).
    Проведены научно-исследовательские работы по оценке технико-экономических показателей энергоузла при применении турбин на НРТ для энергосбережения при утилизации энергоресурсов различного потенциала.
    Разработан ряд эффективных тепловых схем, связанных с применением турбин ORC цикла для реализации энергосберегающих проектов. Спроектирована проточная часть органической турбины электрической мощностью ~100 кВт.