10694

161

Ведущим разработчиком технологий и технических решений для проектирования систем сорбционной обработки воды порошкообразными активированными углями является лаборатория глубокой очистки воды ОАО НИИ ВОДГЕО. Система углевания воды используется на многочисленных станциях водоподготовки, городов России: Уфа, Тольятти, Хабаровск, Москва, Ижевск, Новомосковск и т.д.

Модернизация существующих сооружений системой углевания позволяет:

-создать временный или постоянный барьер в отношении широкого спектра токсикантов;

-удалить природные и техногенные запахи воды;

-снизить количество галогенорганических соединений в питьевой

воде;

-достичь глубокого извлечения химических соединений, обусловливающих общие показатели качества воды, такие, как цветность, окисляемость и т.д.

Приоритетным направлением в ближайшие годы является не только усовершенствование технологий водоподготовки, но осуществление комплекса мероприятий по оздоровлению самого водоема.

Литература 1. Санитарные правила и нормы 2.1.4.1074 – 01. Питьевая вода.

Гигиенические требования качества воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М.: Минздрав, 2002. – 69с.

УДК 621.6: 624.139

Е. А. Гнетов, А. А. Маленов

Оценка точности определения температурного поля берегов и ложа водохранилища методом ЭТА и с помощью программы Tube v.1.0.

Рассматривается основание (борта и ложе) водохранилища, созданного на вечномерзлом грунте. При расчете температурного состояния бортов и ложа водохранилища учитываются неравенство теплофизических характеристик талого и мерзлого грунта и тепло недр Земли. В некоторый момент времени (мгновенно) в долине реки создается водохранилище, вода в котором имеет постоянную температуру в=const. Рассматриваются постоянные (равные среднегодовым) температурные условия на поверхности долины реки н=const.

Требуется выяснить распределение температуры в основании водохранилища для предельного его температурного состояния (при t=∞) с использованием численного (программа Tube v.1.0) и аналогового методов моделирования, после чего произвести сравнение результатов.

162

Рассматривается плоская (двухмерная) задача. Поперечное сечение водохранилища представлено на рис. 1. На поверхности грунтового массива заданы граничные условия 1 рода – неизменная во времени (среднегодовая) температура на поверхности долины н. На поверхности ложа и берегов водохранилища задано граничное условие 1 рода – неизменная во времени (среднегодовая) температура воды в. До появления водохранилища в грунтовом массиве имелся многолетнемерзлый слой мощностью δм, в котором имело место стационарное распределение температур с геотермической ступенью ГТСм. Основание сложено однородным и изотропным грунтом. Фильтрация воды отсутствует.

Рис. 1. Поперечное сечение водохранилища: 1 – водохранилище; 2 – ложе водохранилища; 3 – берег водохранилища;

4 – нижняя граница вечной мерзлоты

Грунт, находящийся в различных состояниях (мерзлом и талом), характеризуется соответствующими коэффициентами теплопроводности – λм и λт. Температура на границе раздела между мерзлым и талым грунтом равна температуре фазовых превращений поровой влаги – ф=0°С.

Решение задачи первым методом осуществляется с помощью электротепловых аналогий на приборе ЭТА. Прибор ЭТА представляет собой электроинтегратор, описанный в [1] применительно к исследованию установившейся фильтрации – интегратор ЭГДА. Результаты решения данной задачи методом ЭТА представляются в виде листа электропроводной бумаги с нанесенными на ней линиями изотерм в масштабе. Осуществляется оцифровка данных: сканируется лист модели основания водохранилища с нанесенными на нем светлой краской точками для построения изотерм. Отсканированное изображение импортируется в САПР «Компас», где масштабиру-ется, после чего точки равных температур соеди-няются сплайном. Для каждой изотермы в документе создается свой слой с названием lay$.$$ (где $.$$ - значение температуры изотермы) Оцифрованная таким образом модель может быть импортирована в текстовый файл, из которого будут доступны координаты

163

точек и данные об их принадлежности к определенной изотерме. Это необходимо для дальнейшего сравнения результатов решения данной задачи методом ЭТА с результатами решения ее численными методами.

Решение задачи вторым методом (методика и программа описаны в [2]) осуществляется следующим образом. Выбирается произвольный интервал времени (t=100 лет) и на этом интервале производится расчет, после чего сравниваются температурные поля на начало и конец данного интервала. Если по результатам сравнения наблюдаются смещения изотерм на величину, большую, чем минимальный шаг сетки, расчетный интервал увеличивается в два раза, после чего расчет продолжается. Таким образом, длительность интервала времени для расчета (до момента условной стабилизации температурного поля во вмещающем МТ грунтовом массиве) составляет несколько тысяч лет.

Результаты решения в цифровом виде представляются в файле *.THR в виде массива чисел одинарной точности, каждое из которых соответствует температуре в соответствующем узле сетки.

При сравнении результатов решения задачи за эталон принимается решение методом ЭТА. Сравнение производится для ряда точек с вычислением среднеквадратичного значения абсолютной погрешности.

Ввиду того, что в результате численного решения задачи результаты решения приводятся в виде двумерного массива чисел одинарной точности, каждое из которых соответствует температуре в соответствующем узле сетки, целесообразным является приведение решения задачи методом ЭТА к такому же массиву и их дальнейшее сравнение. Данная задача осложняется тем, что в методе ЭТА значения температуры определены только для ряда точек расчетной области, координаты которых, как правило, не совпадают с координатами узлов сетки, используемой в численном методе решения.

Для приведения результатов решения задачи методом ЭТА к массиву (далее – массив ЭТА) осуществляется математическая обработка данных результатов. Для каждой изотермы (представленной рядом точек) производится одномерная кубическая интерполяция Эрмита с целью вычисления значений температуры в точках пересечения изотермы и горизонтальных линий сетки. После этого производится сортировка полученных точек по признаку совпадения с узлом сетки.

Полученные точки сводятся в двумерный массив, аналогичный массиву, полученному в результате численных расчетов. Абсолютная погрешность каждого элемента массива (в каждой точке расчетной области, для которой имеются соответствующие данные) вычисляется следующим образом:

165

Таким образом, сравнение методик показывает, что численный метод определения температуры вмещающего грунтового массива может использоваться при расчетах с абсолютной погрешностью до 0,1 С.

Литература

1.СНиП 2.02.04-88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах: Строит. нормы и правила: утв. Госстроем СССР 21.12.1988: взамен СНиП II-18-76 : дата введ. 01.01.90. – М.: ФГУП ЦПП, 2005. – 73 с.

2.Методика и программа компьютерного моделирования температурного режима вмещающего нефтепровод грунтового массива для условий криолитозоны / Е.Н. Горохов, В.И. Логинов, М.А. Козлов, А.А. Маленов// Приволжский научный журнал. – Н. Новгород, 2011. – № 4.

–С. 167-175.

УДК 621.16

Е.С. Гусева

Сравнительный анализ газотурбинных и паротурбинных установок, применяемых в качестве электрогенерирующего оборудования

на мини-ТЭЦ

В энергетическом хозяйстве России назрела серьезная проблема – несоответствие объема, структуры и технического состояния мощностей быстро растущему спросу на электроэнергию и, как следствие, нарушение топливно-энергетического баланса.

Отечественная теплоэнергетика в настоящее время находится на пути создания автономных эффективных технологий, которые могли бы дополнить традиционные централизованные способы выработки электроэнергии и тепла. До сих пор в нашей стране оба эти вида энергии вырабатывались в основном либо раздельно на КЭС и в котельных, либо на ТЭЦ в паротурбинном цикле.

При этом надо отметить, что централизованное производство и распределение электроэнергии сейчас – довольно дорогое удовольствие для отдельного предприятия-потребителя. А перевод производственной котельной в мини-ТЭЦ с целью одновременного производства тепловой и электрической энергии позволяют решить проблему.

Электрическая энергия может быть получена на базе газотурбинных установок, газовых поршневых двигателей или паровых турбогенераторов.

Сопоставим газотурбинные (ГТУ) и паротурбинные установки (ПТУ) по принципу действия и эффективности.

На рис.1, 2. приведены циклы газотурбинной и паротурбинной установок.

166

Рис. 1. Цикл ГТУ в T,S–координатах Рис.2. Цикл ПТУ в T,S-координатах

На рис. 3 представлена принципиальная схема отопительной газотурбинной ТЭЦ на базе ГТУ.

Рис.3. Принципиальная схема отопительной газотурбинной ТЭЦ со сбросом газов после газовой турбины в топку водогрейного котла: 1 – газовая турбина (ГТУ); 2 - водогрейный котел (ВК); 3 – экономайзер (ЭК); 4 – вентилятор;

5 – насос рециркуляций (РН); 6 – сетевой насос (СН); 7 - тепловая сеть (ТС); 8 – потребитель тепла (Потр.); 9 – электрогенератор (Г); 10 – дымосос (Д).

При установке ГТУ в существующих котельных возникают значительные трудности в связи с необходимостью размещения на площадках действующих котельных дожимных газокомпрессорных станций, которые имеют высокие шумовые характеристики. Наличие зоны отчуждения по экологическим требованиям ограничивает их применение в зонах городской застройки.

Рассмотрим ПТУ, использующие в качестве электрогенерирующего оборудования противодавленческие паровые турбины.

Применение противодавленческих паровых турбин в котельных с паровыми котлами – наиболее простой способ утилизации энергии парового потока для выработки электроэнергии. Это связано с тем, что

167

пар, вырабатываемый в котлах при давлении 0,8-1,4 МПа, бесполезно дросселируется до давления 0,12 МПа в редукционных устройствах. Например, при расширении насыщенного пара расходом 50 т/час от давления 1,4 Мпа до 0,12 Мпа в противодавленческой турбине электрическая мощность турбогенератора достигает 4 МВт. При наличии технологических потребителей пара давлением 0,4-0,6 Мпа могут использоваться противодавленческие и конденсационные паровые турбины с производственным отбором пара.

На рис. 4 представлена принципиальная схема мини-ТЭЦ с противодавленческой турбиной.

Паровой котел вырабатывает пар давлением 1,4 МПа, который поступает на лопасти паровой турбины с противодавлением. Паровая турбина включена в тепловую схему паровой котельной параллельно редукционно-охладительной установке (РОУ). Отработавший пар направляется на производство тепловой энергии на нужды отопления и горячего водоснабжения.

Рис. 4. Принципиальная схема мини-ТЭЦ с противодавленческой турбиной: 1 – котѐл паровой; 2 – турбина паровая противодавленческая;

3 – паровая гребѐнка;4 – блочная водоподогревательная установка; 5 – пароперегреватель;6 – деаэратор атмосферный;

7 –потребитель электрической энергии; 8 – задвижка; 9 – насос питательной воды

Полученную из отбросного пара электрическую энергию предлагается использовать для покрытия собственных нужд котельной и электроснабжения производства. Количество получаемой энергии полностью покрывает потребности котельной в электроэнергии.

Использование паротурбинной установки позволяет получать электроэнергию в несколько раз дешевле покупной за счет использования сбросной энергии пара. Расчеты показывают, что имеется явная экономия органического топлива, которое ранее затрачивалось на производство электрической энергии на ТЭЦ, и, как следствие, снижение загрязнения атмосферы эквивалентно сэкономленному топливу.

168

Таким образом, проведѐнный анализ свидетельствует о существенных недостатках ГТУ и преимуществах ПТУ.

Литература

1.Новая Генерация – паровые турбины // [Электронный ресурс].

URL: http://www.manbw.ru/analitycs/steam-turbines.html (дата обращения 13.12.2010).

2.Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория парового процесса и конструкции турбин: Учеб.для вузов: В 2 кн. Кн. 1.– 6-е изд., перераб., доп.

иподгот. к печати Б. М. Трояновским. – М.: Энергоатомиздат, 1993.-

384 с.: ил.ISBN 5-283-00197-0.

3.Конке, Г.А. Мировое судовое дизелестроение. Концепции конструирования, анализ международного опыта/ Г.А. Конке, В.А. Лашко.

–М.: Машиностроение, 2005.

4.Гольдштейн, А.Д. Выбор оборудования и характеристики газотурбинных ТЭЦ со сбросом газов в топку водогрейного котла/ А.Д. Гольдштейн, Т.Н. Комисарчик// Теплоэнергоэффективные

технологии, информационный бюллетень. – 2001. – № 4. – С. 26-27.

5. Лебедева, Е.А. Мини-ТЭЦ на базе производственноотопительной паровой котельной./ Е.А. Лебедева // Приволжский научный журнал. – 2008. – № 2. – С. 51-53.

УДК 620

Д.А. Житцова

Использование ресурсосберегающих технологий на основе возобновляемых источников энергии

В соответствии с «Энергетической стратегией России до 2030 года» основная задача специалистов в области теплоэнергетики – повышение экологической и технологической эффективности традиционных энергетических систем и вовлечение в топливный баланс возобновляемых источников энергии.

Приоритетное использование возобновляемых источников энергии обусловлено необходимостью увеличения мощности энергоснабжения труднодоступных районов, не подключенных к общим сетям, потребностью в улучшении экологической обстановки и неуклонным ростом цен на энергоносители.

Наиболее перспективным, на наш взгляд, представляется расширение диапазона применения солнечной энергии в сфере энергетики, промышленного и жилищного строительства.

Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической, и ее практическое использование – дело

169

отдаленного будущего (после 2020г.). Однако последние исследования в РФ подтверждают, что многие районы имеют достаточный поток солнечной радиации, в условиях которого нужны проектирование и организация бесперебойной эксплуатации энергоустановок.

В условиях нашей страны солнечная энергия используется довольно широко, но в основном в сельском хозяйстве. В качестве источника теплоснабжения солнечная энергия выступает крайне редко, несмотря на то, что в европейских странах и США это давно вполне конкурентоспособный источник теплоснабжения. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.

Различают пассивное и активное использование солнечной энергии. Активное использование солнечной энергии – применение

технических устройств для ее преобразования, например, солнечных коллекторов, трубопроводов, циркуляционных насосов и т.д.

Приоритетные направления активного использования энергии:

-использование солнечного тепла служит для подогрева воды на нужды горячего водоснабжения и отопления (при помощи солнечного коллектора);

-преобразование солнечной энергии в электрическую (при помощи солнечных батарей и фотоэлектрических генераторов постоянного тока).

Рис.1. Классификация способов использования солнечной энергии.

Пассивное использование солнечной энергии – использование различных частей здания для накопления тепла, например, стен, потолков и т.д.

Коэффициент полезного действия такой системы зависит от различных факторов:

- климатических условий (средняя месячная температура, продолжительность солнечного освещения);

170

-способа использования солнечной энергии (непосредственное использование или косвенное);

-возможности накапливания тепла строительным материалом;

-способность материала к поглощению тепла поверхностью. Вопросами использования солнечной энергии в пассивных и

активных системах солнечного теплоснабжения занимается целый ряд научных, проектных и производственных коллективов России: Научноисследовательский институт строительной физики РААСН, комитет Российского союза научных и инженерных общественных организаций по проблемам использования возобновляемых источников энергии (возглавляемый Безруких П.П.), Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства, акционерное общество «Новые и возобновляемые источники энергии», отделение нетрадиционных источников энергии в ОАО Энергетическом институте им. Г.М. Кржижановского (ранее возглавляемое Тарнижевским Б.В.) и др.

Врамках работы промышленного предприятия одной из основных задач может являться создание автономной системы горячего водоснабжения цехов за счет использования солнечной энергии. На предприятиях промышленного назначения большие затраты связаны с повышением тарифов на электроэнергию.

Практическая задача, стоящая перед разработчиками и создателями различного вида солнечных установок, состоит в том, чтобы наиболее эффективно «собрать» этот поток энергии и преобразовать его в нужный вид энергии (теплоту, электроэнергию) при наименьших затратах на установку.

Впроцессе прохождения учебной стажировки и участия в международном образовательном проекте «Район завтрашнего дня» в высшей школе Зюйд, г. Хеерлен, Нидерланды был приобретен опыт по использованию зарубежных моделей гелиоустановок в жилищном строительстве для обеспечения полной автономности здания.

ВЕвропе и США все большее предпочтение отдают фотоэлектрическим гелиоустановкам (фотобатареи, фотоблоки, фотомодули), которые преобразуют солнечную радиацию в электрическую энергию. Для условий средней полосы России наиболее оптимальной, на мой взгляд, является возможность использования гибридной гелиоустановки (PV/T), которая частично покрывает потребность в электроэнергии и вырабатывает теплоту на нужды ГВС, особенно это приоритетно для систем достаточно большой площади.