Evaluation of the Performance Indicators of a Cogeneration STU as Affected by Changing the Internal Relative Efficiency of the Backpressure Steam Turbine Compartments
DOI:
https://doi.org/10.14529/power210202Keywords:
mathematical modeling of heat power plants, circuit-parametric optimization of heat power plants, backpres-sure steam turbine, internal relative efficiency of turbine compartments, heat recovery from flue gasesAbstract
The authors carried out the circuit-parametric optimization studies of a promising cogeneration STU, which includes a backpressure steam turbine and a gas-fired steam boiler capable of heat recovery from flue gases. A mathematical model was employed to analyze how the internal relative efficiency of the steam turbine compartments in such an STU could affect the core operating parameters and the design characteristics of the heat exchange equipment of the unit. Mathematical modeling and circuit-parametric optimizations were run in the Machine Programming System, a software package developed by the Department of Heat and Power Systems, Melentiev Energy Systems Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences. The optimization criterion was the price of STU-supplied electricity at the given prices of supplied heat and fuel with the adjustment for the internal rate of return on investment. Circuit-parametric optimizations show that the price of electric energy from a cogeneration STU linearly depends on the internal relative efficiency of the turbine compartments, and when it changes from 0.82 to 0.9, the price of electric energy decreases by 0.03 cents/kW. The cost effect of the increase in efficiency can be up to 98.79 thous. USD/year given the quantitative supply of electricity from the STU. The methodological approach used in this work enables feasibility testing of the attempts to improve the internal relative efficiency of the steam turbine compartments and can be useful both in the design and operation of thermal power plants. The estimated effects of internal relative efficiency of the turbine compartments on the core operating parameters and the characteristics of the unit will help determine
the reliability and efficiency of its operation.
References
Hazell, D. Modeling and Optimization of Condensing Heat Exchangers for Cooling Boiler Flue Gas /
D. Hazell. – 2011. – 108 p.
Utilization of waste tire powder for gaseous fuel generation via CO2 gasification using waste heat in converter vaporization cooling flue / W. Song, J. Zhou, Y. Li, J. Yang // Renewable Energy. – 2021. – Vol. 173. –
P. 283–296. DOI: 10.1016/j.renene.2021.03.090
Анализ влияния отдельных составляющих потерь от влажности на экономичность ступени и отсеков паровых турбин / Г.А. Филипов, В.Г. Грибин, А.Р. Аветисян и др. // Теплоэнергетика. – 2015. – № 1. – С. 22–28.
Татаринова, Н.В. Исследование расходных и мощностных характеристик последних отсеков теплофикационных паровых турбин / Н.В. Татаринова // Проблемы региональной энергетики. – 2019. –
№ 3 (44). – С. 79–90. DOI: 10.5281/zenodo.3562205
Клер, А.М. Методы оптимизации сложных энергетических установок / А.М. Клер, Н.П. Декано-ва, Т.П. Щеголева. – Новосибирск: Наука, 1993. – 116 с.
Клер, А.М. Математическое моделирование и оптимизация в задачах оперативного управления тепловыми электростанциями / А.М. Клер, Н.П. Деканова, С.К. Скрипкин. – Новосибирск: Наука, 1997. – 120 с.
Клер, А.М. Оптимизационные исследования энергетических установок и комплексов / А.М. Клер, Э.А. Тюрина. – Новосибирск: Академическое издательство «Гео», 2016. – 298 с.
Клер, А.М. Исследование эффективности теплофикационного энергоблока с противодавленче-ской паровой турбиной и утилизацией тепла уходящих газов / А.М. Клер, Е.Л. Степанова, А.С. Макси-мов // Теплофизика и аэромеханика. – 2018. – Т. 25, № 6. – С. 963–973. DOI: 10.1134 / S0869864318060136
Щинников, П.А. Оптимальное распределение электрической и тепловой нагрузок между энерго-агрегатами ТЭЦ / П.А. Щинников // Известия Российской академии наук. Энергетика. – 2018. – № 6. –
С. 65–75. DOI: 10.31857/S000233100003520-6
Optimal economic power and heat dispatch in Cogeneration Systems including Wind Power /
A.M. Shaheen, A.R. Ginidi, R.A. El-Sehiemy, E.E. Elattar // Energy. – 2021. – 225. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120263
Basu, M. Combined heat and power economic dispatch by using differential evolution / M. Basu // Electric Power Components and Systems. – 2010. – No. 38 (8). – P. 996–1004. DOI: 10.1080/15325000903571574
Yadegari, S. Risk-averse multi-objective optimal combined heat and power planning considering voltage security constraints / S. Yadegari, H. Abdi, S. Nikkhah // Energy. – 2020. – 212. – No. ar. 118754. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118754
Аронов, И.З. Опыт эксплуатации контактных экономайзеров на Первоуральской ТЭЦ / И.З. Аронов, Г.А. Пресич // Промышленная энергетика. – 1991. – № 8. – С. 17–20.
Глубокая утилизация тепла отходящих газов теплогенераторов / Е.Г. Шадек, Б.И. Маршак,
А.А. Анохин, В.Г. Горшков // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. – 2014. – № 2. –
C. 21–25.
Стенников, В.А. Эффективные направления технической политики в энергоснабжении /
В.А. Стенников, С.В. Жарков // Известия РАН. Энергетика. – 2017. – № 5. – C. 19–31.
Степанова, Е.Л. Исследование эффективности дожигания топлива в дополнительной камере сгорания ГТУ, имеющей контактный теплообменник для подогрева подпиточной сете-вой воды /
Е.Л. Степанова, П.В. Жарков // Известия РАН. Энергетика. – 2020. – № 2. – С. 133–140. DOI: 10.31857/S0002331020020120
Модернизация турбоустановок типа «Р» с целью их перевода с противодавления на работу по теплофикационному графику. Опыт эксплуатации модернизированных турбин / В.В. Божко, В.С. Шаргородский, С.Ш. Розенберг и др. // Новости теплоснабжения. – 2006. – № 2. – С. 24–27.
Combined analysis of electricity and heat networks / X. Liu, J. Wu, N. Jenkins, A. Bagdanavicius //
Applied Energy. – 2016. – P. 1238–1250. DOI: 10.1016/ j.energy.2015.01.102
A method for technical assessment of power-to-heat use cases to couple local district heating and electrical distribution grids / B. Leitner, E. Widl, W. Gawlik, R. Hofmann // Energy. – 2019. – 182. – P. 729–738. DOI: 10.1016/j.energy.2019.06.016.
Terhan, M. Design and economic analysis of a flue gas condenser to recover latent heat from exhaust flue gas / M. Terhan, K. Comakli // Applied Thermal Engineering. – 2016. – No. 100 (3). – P. 1007–1015. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.12.122
A total heat recovery system between the flue gas and oxidizing air of a gas-fired boiler using a non-contact total heat exchanger / Sheng Shang, Xianting Li,Wei Chen, Baolong Wang // Applied Energy. – 2017. – Vol. 207. – P. 613– 623. DOI: 10.1016/j.apenergy.2017.05.169
Investigation on a full-scale heat pipe heat exchanger in the ceramics industry for waste heat recov-ery / H. Jouhara, D. Bertrand, B. Axcell, et al. // Energy. – 2021. – Vol. 223. – No. ar. 120037. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120037
Чистович, С.А. О применении парогазовых ТЭЦ с турбинами противодавления в районах го-родской застройки / С.А. Чистович // Новости теплоснабжения. – 2011. – № 1. – С. 21–25.
Клер, А.М. Учёт переменного характера тепловых нагрузок при оптимизации теплофикацион-ных энергетических установок / А.М. Клер, Ю.М. Потанина, А.С. Максимов // Теплоэнергетика. – 2012. – № 7. – C. 63–69.
Клер, А.М. Влияние котельных сталей на показатели угольного энергоблока / А.М. Клер, Ю.М. Потанина, Н.О. Епишкин // Известия РАН. Энергетика. – 2015. – № 5. – С. 106–111.
Kler, A.M. Mathematical modeling and optimization of large thermal power installations / A.M. Kler,
A.S. Maximov // Termotehnika. – 2010. – Vol. 26, no. 1. – P. 47–54.
