energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2019-62-1-77-87energy-1426Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGТурбодетандерная установка на диоксиде углерода с производством жидкой и газообразной углекислотыCarbon Dioxide Turbine Expander Plant Producing Liquid and Gaseous Carbon DioxideОвсянникА. А.OvsyannikA. V.

Адрес для переписки: Овсянник Анатолий Васильевич - Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого, просп. Октября, 48, 246746, г. Гомель.  Тел.: +375 232 40-20-36    оvsyannik@tut.by

Address for correspondence: Ovsyannik Anatolii V. – Sukhoi State Technical University of Gomel, 48 October Ave., 246746, Gomel, Republic of Belarus.  Tel.: +375 232 40-20-36    оvsyannik@tut.by

 

ovsyannik@tut.byГомельский государственный технический университет имени П. О. СухогоБеларусьPavel Sukhoi State Technical University of GomelBelarus2019040220196217787Copyright © Овсянник А.А., 20192019Овсянник А.А.Ovsyannik A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1426

. Представлена схема когенерационной и тригенерационной установки на диоксиде углерода с использованием вторичных энергоресурсов в виде продуктов сгорания или дымовых газов, позволяющая одновременно производить электроэнергию, тепловую энергию и холод для централизованного и децентрализованного снабжения потребителей. Кроме того, на установке возможно производство жидкой и газообразной углекислоты. Основными элементами установки являются теплофикационный блок, турбодетандерный агрегат и углекислотный блок для производства холода, жидкой и газообразной углекислоты. Проведены термодинамический расчет и краткий эксергетический анализ установки. В предлагаемой установке в качестве вторичных энергоресурсов могут использоваться отходящие газы от стеклоплавильных, металлургических печей, теплоэнергетических установок и других энергетических объектов с температурой вторичных энергоресурсов 250–400 оС и выше. Теплофикационный блок установки предназначен для получения тепловой энергии для систем отопления и горячего водоснабжения, углекислотный блок – для получения холода, электрической энергии и диоксида углерода в жидком и газообразном виде для обеспечения работы установки и использования в коммерческих целях. Холод в установке может быть получен в двух испарителях, работающих при различных температурах кипения. При более высокой температуре кипения диоксида углерода холод используется в системах кондиционирования воздуха и централизованных системах охлаждения и хранения продукции, а при более низкой температуре кипения диоксида углерода – в системах замораживания и хранения. Для осуществления обратного углекислотного цикла применяется трехступенчатый углекислотный компрессор с ресивером после третьей ступени. Для снижения работы сжатия компрессора должно быть предусмотрено полное промежуточное охлаждение диоксида углерода между ступенями.

The scheme of carbon dioxide cogeneration and trigeneration plant with the use of secondary energy resources in the form of combustion products or flue gases that enables to produce electricity, thermal energy and cold for centralized and decentralized supply of consumers simultaneously, is presented. In addition, the plant can produce liquid and gaseous carbon dioxide. The main elements of the plant are a heating unit, a turbodetander unit and a carbon dioxide unit for the production of cold, liquid and gaseous carbon dioxide. A thermodynamic calculation and a brief exergy analysis of the plant were carried out. In the proposed plant, off-gases from glassmelting, metallurgical furnaces, heat power facility and other energy facilities with a secondary energy temperature of 250–400 °C and above can be used as secondary energy resources. The heating unit of the installation has been designed to produce thermal energy for heating and hot water supply systems. The carbon dioxide unit has been designed for the production of cold, electric energy and carbon dioxide in liquid and gaseous form in order to ensure the operation of the plant and the use for commercial purposes. The cold in the plant can be obtained in two evaporators operating at different boiling temperatures. At a higher boiling point of carbon dioxide, cold is used in air conditioning systems and in centralized cooling and storage systems, while at a lower boiling point of carbon dioxide – in freezing and storage systems. For the implementation of the reverse carbon dioxide cycle, a three-stage carbon dioxide compressor with a receiver after the third stage is used. To reduce compression performance of the compressor, complete intermediate cooling of carbon dioxide between stages should be provided.

когенерационная и тригенерационная установкитурбодетандерпродукты сгоранияэлектроэнергиятепловая энергияхолоддиоксид углеродаcogeneration аnd trigeneration plantsturboexpandercombustion productselectric powerthermal energycoldcarbon dioxideReferencesКлименко, А. В. Возможность применения холода и дополнительной электроэнергии на тепловой электростанции / А. В. Клименко, В. С. Агабабов, П. Н. Борисова // Теплоэнергетика. 2017. № 6. С. 30–37.. Klimenko A. V., Agababov V. S., Borisova P. N. (2017) On the possibility of generation of cold and additional electric energy at thermal power stations. Thermal Engineering, 64 (6), 422–428. https://doi.org/10.1134/s0040601517060015Преимущества СО2 в холодильной технике (по материалам JARN) // Холодильная техника. 2016. № 3. С. 25.Advantages of CO2 Use in Refrigeration Technology (Based on JARN Materials). Kholodilnnaya Tekhnika, 2016, (3), 25 (in Russian).Современные альтернативные хладагенты на длительную перспективу и их возможные области применения (по материалам JARN) // Холодильная техника. 2016. № 6. С. 4–9.Modern Alternative Refrigerants for a Long-Term Perspective and their Possible Applications (Based on JARN Materials). Kholodilnnaya Tekhnika, 2016, (6), 4–9 (in Russian)Агабабов, В. С. О применении детандер-генераторных агрегатов в газовой промышленности / В. С. Агабабов // Энергосбережение и энергосберегающие технологии в энергетике газовой промышленности: материалы Науч.-техн. совета ОАО "Газпром", Москва, нояб. 2000 г. М. : ИРЦ "Газпром", 2001. Т. 2. С. 50–53.Agababov V. S. (2001) On the Use of Expander-Generator Aggregates in the Gas Industry. Energosberezhenie i energosberegayushchie tekhnologii v energetike gazovoi promyshlennosti: Materialy Nauch.-tekhn. soveta OAO "Gazprom". T. 2 [Energy Conservation and Energy-Saving Technologies in the Power Engineering of the Gas Industry: materials of the Scientific and Technical Council of JSC "Gazprom". Vol. 2]. Moscow, Publishing and editorial center "Gazprom", 50–53 (in Russian).Агабабов, В. С. Бестопливные установки для производства электроэнергии, теплоты и холода на базе детандер-генераторных агрегатов / В. С. Агабабов // Новости теплоснабжения. 2009. № 1. С. 48–50.Agababov V. S. (2009) Nonfuel Plants for the Production of Electricity, Heat and Cold on the Basis of Expander-Generator Devices. Novosti teplosnabzheniya [News of Heat Supply], (1), 48–50 (in Russian).Бестопливная установка для централизованного комбинированного электрои хладоснабжения: полезная модель RU № 158931 / В. С. Агабабов, Ю. О. Байдакова, А. В. Клименко, У. И. Смирнова, Р. Н. Такташев. 20.01.2016.Agababov V. S., Baidakova Yu. O., Klimenko A. V., Smirnova U. I., Taktashev R. N. (2016) Nonfuel Plant for the Centralized Combined Electric and Cold Supply. Patent No 158931 of the Russian Federation (in Russian).Беспалов, В. В. Исследование и оптимизация глубины утилизации тепла дымовых газов в поверхностных теплообменниках / В. В. Беспалов, В. И. Беспалова, Д. В. Мельников // Теплоэнергетика. 2017. № 9. С. 64–70.Bespalov V. V, Bespalov V. I., Melnikov D. V. (2017) Investigation and Optimization of the Depth of Utilization of Flue Gas Heat Recovery in Surface Heat Exchangers. Thermal Engineering. No 9. P. 680–685. https://doi.org/10.1134/s0040601517090026Беспалов, В. В. Технология осушения дымовых газов ТЭС с использованием теплоты конденсации водяных паров / В. В. Беспалов // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 316. № 4. С. 56–59.Bespalov V. V. (2010) Technology of Dehumidification of Thermal Power Plant Flue Gases with the Use of the Heat of Condensation of Water Vapor. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, 316 (4), 56–59 (in Russian).Овсянник, А. В. Моделирование процессов теплообмена при кипении жидкостей / А. В. Овсянник. Гомель: ГГТУ имени П. О. Сухого, 2012. 284 с.Ovsyannik A. V. (2012) Modeling of Heat Transfer Processes when Liquids Are Being Boiled. Gomel, Sukhoi State Technical University of Gomel. 284 (in Russian).Бродянский, В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа / В. М. Бродянский. М.: Энергия, 1973, 295 с.Brodyanskii V. M. (1973) Exergetic Method of Thermodynamic Analysis. Moscow, Energia Publ. 295 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.