energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTUenergy-849Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯENERGY EFFICIENCY OF DIFFERENT WAYS OF CENTRAL HEATINGПиирА. Э.PiirA. E.

Доктор технических наук, профессор

Professor, PhD in Engineering

ado@piir.ruКунтышВ. Б.KuntyshV. B.

Доктор технических наук, профессор

 

Professor, PhD in Engineering

ado@piir.ruВерещагинА. Ю.VereshchaginA. Yu.

Аспирант

ado@piir.ruСеверный (Арктический) федеральный университет имени М. В. ЛомоносоваРоссияNorthern (Arctic) Federal University named after M. V. LomonosovRussian FederationБелорусский государственный технологический университетБеларусьBelarusian State Technological UniversityBelarus201518032015017281Copyright © Пиир А.Э., Кунтыш В.Б., Верещагин А.Ю., 20152015Пиир А.Э., Кунтыш В.Б., Верещагин А.Ю.Piir A.E., Kuntysh V.B., Vereshchagin A.Y.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/849

Приведено сравнение расчетов топлива на приготовление горячей сетевой воды с помощью различных технологических установок, преобразующих теплоту высокого потенциала от продуктов сгорания топлива либо в процессе необратимого теплообмена с теплоносителем, либо с помощью тепловых двигателей, позволяющих снизить потери работоспособности и тем самым сэкономить топливо. Рассмотрены пять типов установок – от самой простой до самой сложной в двух вариантах, когда теплообменники и машины идеальны и когда оборудование имеет известную степень совершенства:

1) водогрейная котельная на органическом топливе;

2) электрокотельная, получающая энергию по линии электропередачи от конденса- ционной электростанции;

3) сетевой подогреватель ТЭЦ, получающий пар от теплофикационной турбины;

4) сетевой подогреватель КЭС, питаемый паром от редукционно-охладительной установки;

5) тепловой насос, получающий энергию по линии электропередачи от ТЭЦ.

Исследованы три идеальных обратимых способа трансформации теплоты высокого потенциала в теплоту низкого потенциала с помощью понижающего, повышающего и предложенного авторами комбинированного термотрансформаторов и показана их полная термодинамическая равноценность. Для реализации идеального цикла комбинированного термотрансформатора предложена универсальная установка для выработки электроэнергии, холода и теплоты двух потенциалов для горячего водоснабжения и отопления на базе газовых компрессоров и газовых турбин. Данные результаты представляются весьма актуальными для энергетиков стран с неуклонным ростом потребления органическо- го топлива и его стоимости, реализующих программы энергосбережения.

Анализ показал, что количество полученной теплоты низкого потенциала на единицу затраченной теплоты высокого потенциала составило для идеальных установок: электрокотельной – 0,7; водяной котельной – 1,0; для теплового насоса, теплофикационной турбины и комбинированного термотрансформатора – 4,9. Увеличение количества теплоты низкого потенциала по сравнению с затраченной теплотой высокого по тенциала не является нарушением законов термодинамики, а наоборот, прямым их следствием, поскольку при этом преобразовании сохраняется постоянной работоспособность теплоты. Для реальных вариантов этих установок коэффициенты преобразования составили соответственно: 0,415; 0,9; 1,53; 2,8; 1,47. Таким образом, еще раз получено, что ТЭЦ является самым эффективным источником теплоты для отопления и  превосходит  электрокотельную  в  семь  раз,  а  установки  с  тепловыми  насосами  – в два раза. Универсальная энергоустановка сопоставима по эффективности с тепловым насосом, но превосходит его благодаря своей многофункциональности.

 

The article shows the calculation comparison of fuel for producing of heat-line water with a help of different technological installations, transforming (converting) high-grade heat from burning process of fuel or in the process of non-reversible heat exchange with coolant (heating agent), or with a help of heat engines, which allow to decrease losses of working efficiency and thus to reduce the use of fuel. There were considered five types of plants beginning from the  simplest  one  up  to  the  most  complex  in  two  variants,  when  the  heat  exchangers and machines are perfect (ideal) and when equipment has the known degree of efficiency (perfection):

1) water-heat boiler station, working on organic fuel;

2) electrical boiler station, obtaining energy on power transmission lines from condensing power station;

3) line heater of TPP, obtaining steam from heating turbine;

4) line heater CPP, powered by steam from pressure reducing unit;

5) heat pump, producing energy on power supply lines from TPP.

In this article were investigated three ideal reversible ways of transformation of   high- grade heat into low-grade heat with a help of decreasing and increasing and combined (suggested by the authors) heat transformers and their thermodynamic equivalence was shown in this article. And there were suggested universal installation for electric energy generation, cold and heat of two grades for heat-water supply and the heating process on the base of gas

compressors   gas turbines. These results are so important (actual) for power engineers of the countries with  increasing consumption  of organic  fuel and  its enhancement in  value and realizing programs of energy saving .

The analysis shows, that the quality of produced low-grade heat per unit of used high-grade heat for ideal plants (installations) is: electrical boiler unit – 0.7;  water boiler unit – 1.0; for heat pump, heating turbine, combined heat transformers   – 4.9. Increasing of quality of high-grade heat does not break the Law of Thermodynamics, just on the contrary, thank this the constant heat efficiency is remained. Conversion ratio for real variants of these plants are: 0.415; 0.9; 1.53; 2.8; 1.47. Thus, it is once more proved, that TPP is the most efficient source of heat for heating process and stands head above electrical boiler unit in 7 times, above plants with heat pumps in 2 times. Universal electric power plant is comparable in effi- ciency with heat pump system, but outperforms it due to its multi-functionality.

тепловой насосводогрейная котельнаяэлектрокотельнаясете- вой подогревателькоэффициент преобразования теплотыheat pumpwater-heat boiler unitelectrical boiler stationnetwork heating deviceconversion effectiveness of heatReferencesСоколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети / Е. Я. Соколов. – М. : Энергоиздат, 1982. – 360 с.Sokolov, E. Y?. (1982) Central Heating Heating Systems. Moscow, Energoizdat. 360 p. (in Russian).Соколов, Е. Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охла- ждения / Е. Я. Соколов, В. М. Бродянский. – М. : Энергоиздат, 1981. – 320 с.Sokolov, E. Y?., Brodyanskiy, V. M. (1981) Energy Bases of Heat Transformation and Cooling Processes. Moscow, Energoizdat. 320 p. (in Russian).Шаргут, Я. Эксергия / Я. Шаргут, Р. Петела. – М. : Энергия, 1968. – 279 с.Shargut, Y?., Petela, R. (1968) Exsergiya. Moscow, Energiya. 279 p. (in Russian).Бузников, Е. Ф. Производственные и отопительные котельные / Е. Ф. Бузников, К. Ф. Роддатис, Э. Я. Берзиньш. – 2-е изд. перераб. – М. : Энергоиздат, 1984. – 248 с.Buznikov, E. F., Roddatis, K. F., Berzinsh, E. Y?. (1984). Industrial Heating Plants. 2nd ed. Moscow, Energoizdat. 248 p. (in Russian).Соколов, Е. Я. Эффективные и целесообразные области использования теплофи- кации, централизованного теплоснабжения и электрического метода отопления / Е. Я. Соколов // Энергетика… (Изв. высш. учебн. заведений). – 1964. – № 5. – С. 127–134.Sokolov, E. Y?. (1964) Efficient and Useful Fields for Central Heating, Central Heat Supply and Electrical Method of Heating Process. Izvestiia Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Energetika. [Proceedings of Higher Education Institutions. Power Engineering], 5, 127–134 (in Russian).Назмеев, Ю. Г. Теплообменные аппараты ТЭС : учеб. пособие для вузов / Ю. Г. Назмеев, В. М. Лавыгин. – 3-е изд. стереот. – М. : Изд-во МЭИ, 2005. – 260 с.Nazmeev, Yu. G., Lavygin, V. M. (2005) Heat Exchange Devices TPP. 3rd ed. Moscow, Publishing House MEI (Moscow Power Engineering Institute). 260 p. (in Russian).Тепловые электрические станции : учеб. для вузов / В. Д. Буров [и др.]; под ред. В. М. Лавыгина. – М.: Изд-во МЭИ, 2005. – 454 с.Burov, V. D., Dorokhov, E. V., Elizarov, D. P., Zhidkikh, V. F., Il’in, E. T., Kiselev, G. P., Lavygin, V. M., Rozhnatovskii, V. D., Sedlov, A. S., Tishin, S. G., Tsanev, S. V. (2005) Heat Power Stations. Moscow, Publishing House MEI (Moscow Power Engineering Institute). 454 p. (in Russian).Рей, Д. Тепловые насосы / Д. Рей, Д. Макмаикл ; пер. с англ. – М. : Энергоиздат, 1982. – 224 с.Rey, D., Makmaikl, D. (1982) Heat Pumps. Moscow, Energoizdat. 224 p. (in Russian).Гохштейн, Д. П. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок / Д. П. Гохштейн. – М. : Энергия. 1969. – 368 с.Gokhshtein, D. P. (1969) Modern Methods of Thermodynamics Analysis of Power Plants. Moscow, Energia. 368 p. (in Russian).Вукалович, М. П. Техническая термодинамика / М. П. Вукалович, И. И. Новиков. – М.: Энергия, 1968. – 480 с.Vukalovich, M. P., Novikov, I. I. (1968) Engineering Thermodynamics. Moscow, Energia. 480 p. (in Russian).Пиир, А. Э. Эффективность выработки тепла и электроэнергии на ТЭЦ / А. Э. Пиир, В. Б. Кунтыш // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 1976. – № 12. – С. 127–131.Piir, A. E., Kuntysh, V. B. (1976) Efficiency of Heat and Electricity on TPP. Izvestiia Vys- shikh Uchebnykh Zavedenii. Energetika. [Proceedings of Higher Education Institutions. Power Engineering], 12, 127–131 (in Russian).

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