Энерготехнологическая установка ЭТУ-2 — комбинированная парогазовая установка

Энергетический кризис выдвигает на качественно новый уровень требования, которые обеспечат повышение эффективности использования топливно — энергетических ресурсов во всех отраслях. В определенной мере ослаблению напряженности проблемы может способствовать повышение КПД как стационарных энергетических установок, так и двигателей транспортных средств. Возможность создания двигателя, удовлетворяющего таким требованиям, предлагается ниже, названная авторами как энерготехнологическая установка типа ЭТУ-2. В основу разработки такой установки положены широко известные и апробированные принципы. Кратко их можно сформулировать следующим образом. Отказ от раздельных схем производства технологических продуктов в пользу комбинированных, сочетание в таких установках известных преимуществ сложных циклов и схем энергетических установок, а также поиск на этой основе нетрадиционных подходов к их разработке. Рассмотрим такие возможности совершенствования энергоустановок на примере одного из вариантов комбинированной энерготехнологической установки типа ЭТУ-2.

Энерготехнологическая установка ЭТУ-2 включает тепловую (ТМ) и расширительную (РМ) машины, объединенные общим рабочим телом (РТ), получаемым из продуктов сгорания органического топлива в среде воздуха, сжимаемого компрессором (К). Расширение РТ в ТМ осуществляют до разделительного давления, затем охлаждают его до температуры точки росы водяных паров в нем. Такое глубокое охлаждение позволяет отделить от РТ первый технологический продукт — воду в сепараторе воды. Охлаждение РТ перед РМ последовательно осуществляют в регенераторе воздуха, паровом котле-утилизаторе, теплонасосной установке и охладителе газов таким образом, чтобы за счет расширения в РМ температура РТ понизилась не менее чем до температуры сублимации углекислоты (-57 °С). Это позволяет отделить от РТ второй технологический продукт — углекислоту в сепараторе углекислоты. Оставшаяся часть рабочего тела состоит в основном из азота с примесью инертных газов и может рассматриваться как третий технологический продукт. Сублимированная углекислота и азот несут в себе четвертый продукт — хладоэнергию. Водяной пар, генерируемый в котле-утилизаторе, используется в качестве рабочего тела паротурбинной установки (ПТУ), паровая турбина (ПТ) которой совместно с ТМ и РМ вырабатывает пятый продукт — механическую энергию, часть которой расходуется на сжатие воздуха в К. Из ПТ осуществляют отбор пара на теплофикацию, очевидно, тепловая энергия — шестой технологический продукт.

Работа ЭТУ-2 по рассмотренному выше принципу автоматически обеспечивает и седьмой технологический продукт — экологический эффект, который в нынешних условиях также имеет стоимостное выражение. Комбинированное производство технологических продуктов по безотходной технологии уже само по себе обеспечивает высокую эффективность ЭТУ-2, тем не менее она может быть дополнительно повышена за счет внутреннего использования установкой части произведенных ею продуктов, например, хладо- энергии для дополнительного охлаждения воздуха в охладителе воздуха перед его сжатием в К и хладоагента (цирквода), подаваемого на охлаждение конденсатора ПТУ. Хладоэнергия может быть использована также и для охлаждения РТ перед РМ в охладителе газов. Охлаждение хладоагента перед конденсатором понижает температуру отвода теплоты в цикле ЭТУ-2 вплоть до уровня ниже температуры окружающей среды. Холодный конденсат может трансформировать тепловую энергию в схему установки за счет естественного эффекта.

Функциональные возможности ЭТУ-2 дополнительно могут быть повышены применением теплонасосной установки (ТНУ) для трансформации тепловой энергии от РТ перед РМ, например, для нагрева конденсата пара ПТУ в теплообменнике, включенном до ее системы регенерации. Еще одна возможность повышения эффективности ЭТУ-2 может быть реализована подачей полученной воды из РТ в камеру сгорания для регулирования температуры РТ перед РМ при соответствующем уменьшении расхода воздуха вплоть до стехиометрического его значения.