Разработки института

Скачать иллюстрированный укр/рус каталог в формате PDF DOC (61 MB)
неполный перечень
Энергетическое машиностроение
Энергетическое машиностроение
Энергоэффективность. Ресурсосбережение. Экология
Энергоэффективность. Ресурсосбережение. Экология
 свернуть перечень ↑ 
Консалтинг энергосберегающих технических решений, обеспечивающих повышение технико-экономических показателей энергокомплекса

    ИПМаш НАН Украины имеет штат высококвалифицированных сотрудников, которые на протяжении более 50 лет успешно решают проблемы, связанные с оптимизацией процессов и конструкций энергетических машин (гидравлических, паровых и газовых турбин, компрессоров, тепловых насосов, двигателей внутреннего сгорания). Сотрудники института имеют опыт разработки технических предложений по повышению энергоэффективности с учетом экологической ситуации на предприятиях химической, коксохимической, горной и др. отраслей промышленности.
    Проработано ~30 энергосберегающих технических решений для энергоузлов предприятий Украины.
    Для выработки концепции модернизации энергоузла предлагается выполнить технико-экономическое обоснование (ТЭО), проанализировав инвестиционную привлекательность перспективных вариантов решений.
    Для исследований тепловых схем энергоузлов используются программное обеспечение и запатентованные в Украине технические решения, разработанные в ИПМаш НАН Украины.
    Предназначено для энергоузлов промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий.
    Разработка ИПМаш НАН Украины ТЭО для ряда энергосберегающих технических решений завершилась успешной реализацией проекта с участием института

Паровая турбина ПТ-12/13-3,4/1,0-1
Паровая турбина ПТ-12/13-3,4/1,0-1
установлена на ТЭЦ ОАО «Ясиновский КХЗ»

Паровая турбина Р-0,75-0,4/0,03
Паровая турбина Р-0,75-0,4/0,03
установлена на Ахтырской ТЭЦ

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.

Малозатратная энергосберегающая технология повышения эффективности работы двухступенчатой теплофикационной установки паровых турбин ТЭЦ

    Решение проблемы интеграции ОЭС Украины с энергетическими системами европейских стран тесно связано с организацией технологических мероприятий по совершенствованию режимов эксплуатации паровых турбин, в том числе турбин ТЭЦ.
    Одним из направлений реализации этой проблемы является оптимизация работы теплофикационных установок турбин ТЭЦ при обеспечении надежности работы цилиндров низкого давления на теплофикационных режимах, что позволит снизить затраты на производимую Украиной электроэнергию и сделать ее конкурентоспособной на мировом рынке.

Блоки № 1 и № 2 с турбинами Т-100/120-130     Таким образом, поиск методов, позволяющих снизить расход первичных энергоресурсов за счет оптимального распределения тепловых нагрузок между сетевыми подогревателями, и разработка управляющих этим процессом в реальном времени алгоритмов является актуальной задачей.
    Создана методика и программное обеспечение для оптимизации распределения тепловой нагрузки между сетевыми подогревателями теплофикационных турбин и проведена апробация на энергоблоках мощностью 100 МВт Харьковской ТЭЦ-5, что позволяет их тиражировать на подобных энергоблоках ТЭЦ. За счет дополнительно произведенной электроэнергии в течение отопительного сезона на энергоблоке с турбиной Т-100/120-130 возможна экономия природного газа в размере ~ 3 млн. м3.
    Предназначено для украинских ТЭЦ с установленными на них теплофикационными турбинами Т-100/120-130. Так, на ТЭЦ Украины эксплуатируется 6 турбоустановок этого типа (1 блок – Кременчугская ТЭЦ, 1 блок – Черниговская ТЭЦ, 2 блока – Киевская ТЭЦ-5 и ТЭЦ-6, 2 блока – Харьковская ТЭЦ-5).
    Сформулирована концепция технологии управления, которая проверена в условиях Харьковской ТЭЦ-5. После разработки специальных программных средств ее можно будет включить в систему мониторинга энергоблоков для управления в реальном времени оптимальным распределением тепловых нагрузок между сетевыми подогревателями.

Повышение экономичности и надежности работы турбин за счет ионизации пара в ЦНД

Поломка рабочих лопаток третьей ступени ЦНД турбины К-300-240      Неравновесное состояние (переохлаждение) во влажно-паровых турбинах возникает в ЦНД в результате больших скоростей расширения пара и из-за недостатка ядер конденсации. Переохлаждение пара приводит к уменьшению работы расширения и к возникновению конденсационной нестационарности в проточной части ЦНД, которая является причиной поломки рабочих лопаток.
     Из-за переохлаждения пара мощность турбины уменьшается на 0,4-0,5 %.
    Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при ионизации пара перед зоной фазового перехода обеспечивается близкий к равновесному процесс расширения пара с образованием мелкодисперсной влаги и существенно снижается уровень пульсаций потока.
    Предлагаемая технология запатентована в Украине и в США.

Одна из возможных конструкций для ионизации парового потока в проточной части ЦНД турбины К-300-240

Размещение коронирующих электродов для ионизации парового потока в проточной части турбины
а) перед первой ступенью ЦНД.     б) непосредственно в проточной части ЦНД:  1 – коронирующие электроды; 2 – изоляторы; 3 – коллектор; 4 – зона начала конденсации; 5 – высоковольтный источник; 6 – паровой поток

     Повышение мощности паровой турбины, % 0,4-0,6
     Потребляемая мощность, кВт 1-10
     Снижение расхода топлива от внедрения предлагаемой технологии составляет 0,8- 1,2 %. Работа аналогов не имеет. Пат. 2385259 Канада, МПК6 F 01 D 25/30. Device to increase turbine efficiency by removing electric charge from steam / A.O. Tarelin, V.P. Skliarov (Украина), O. Weres (США); заявители и патентообладатели A.O. Tarelin, V.P. Skliarov (Украина), O. Weres (США). – № 20022385259; заявл. 16.05.02 опубл. 22.11.02. Режим доступа: ru.espacenet.com.
     Может применяться в энергетике, в паротурбинных установках ТЭС, ТЭЦ и АЭС.
     Выполнены лабораторные исследования, показавшие принципиальную возможность за счет ионизации пара перед зоной фазового перехода приблизить процесс расширения к равновесному. При этом энергетические затраты на ионизацию пара в 105-107 раз меньше тепла, выделяющегося при конденсации ионизированного пара.