Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», Москва, Россия:

В. С. Дубинин, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: promteploenergetika@rambler.ru
Т. А. Степанова, заведующая кафедрой энергетики высокотемпературной технологии, доцент, канд. техн. наук

Московский государственный областной технологический университет, Королев, Россия:
С. О. Шкарупа, заведующий лабораторией

ООО «Экокубер», дер. Лесковка, Минская обл., Беларусь:
В. П. Крупский, главный конструктор

В настоящее время тепловая энергия пара, вырабатываемого паровыми котлами-утилизаторами высоко температурных установок черной металлургии, используется для отопления и горячего водоснабжения. Такие потребители тепловой энергии нестабильны в течение суток и по сезонам и, как правило, малы по сравнению с объемом вырабатываемого пара. Это обусловлено тем, что паровые котлы-утилизаторы являются неотъемлемой частью высокотемпературных установок. Они обеспечивают грубое обеспыливание отходящих газов и их предварительное охлаждение, необходимое для работы фильтров, далее эти горючие газы используют в качестве энергоносителей и направляют в газовые трубопроводные сети. В результате основная часть такого пара полезно не используется. Пар, вырабатываемый большинством паровых котлов-утилизаторов, не является перегретым и имеет высокое влагосодержание, поэтому он неприменим для работы паровых турбин. Но и для перегретого пара из-за его малого объемного расхода применение паровых турбин относительно малой мощности нецелесообразно из-за низкого КПД. В статье рассмотрено применение паропоршневых двигателей с целью использования пара, вырабатываемого паровыми котлами-утилизаторами, для производства электроэнергии. Паропоршневой двигатель, в отличие от классических поршневых паровых машин, имеет достаточно высокую частоту вращения. Вместе с приемлемыми габаритами это дает возможность их прямого соединения с современными электрогенераторами частотой вращения 1500 об/мин без мультипликатора. Такие двигатели создают путем конвертации серийных двигателей внутреннего сгорания преимущественно устаревших марок. Невысокая стоимость такого паропоршневого двигателя обеспечивает короткие сроки окупаемости такого оборудования.

1. Strogonov K., Tolkanov S., Korkots K., Fedyukhin A. Thermostatic cover for improving energy and technological efficiency of steel mills // E3S Web of Conferences 110, 01003 (2019). SPbWOSCE-2018. DOI: 10.1051/e3sconf/201911001003.
2. Зайченко В. М., Чернявский А. А. Сравнение характеристик распределенных и централизованных схем энергоснабжения // Промышленная энергетика. 2016. № 1. С. 2–8.
3. Лифар В. В., Кудрин Б. И. Отраслевой семинар-совещание руководителей и специалистов энергетических служб предприятий металлургической промышленности // Промышленная энергетика. 2017. № 3. С. 56–59.
4. Кошарная Ю. В. Повышение энергоэффективности и обеспечение экологической безопасности — основные направления деятельности энергетических служб предприятий металлургической промышленности // Промышленная энергетика. 2018. № 6. С. 2–5.
5. Беляев А. М., Рубцов В. Г., Самойлов О. А. и др. Применение комплексного подхода для борьбы с влажно-паровой эрозией в новых паровых турбинах АО «УТЗ» // Электрические станции. 2019. № 4. С. 21–26.
6. Dubinin V. S., Stepanova T. A., Shkarupa S. O., Alekseevich M. Y. Prospects for use of steam-piston engines to increase the economic attractiveness of environmentally friendly processes for the processing of coppermolybdenum concentrates of promising deposits in Kazakhstan // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Ser. 1749 012030. P. 1–6.
7. Ухлин А. А., Степанов М. О., Шибаев Т. Л. Уникальные проекты паровых турбин АО «Уральский турбинный завод» для промышленный генерации // Теплоэнергетика. 2020. № 12. С. 58–65.
8. Воинов А. П., Зайцев В. А., Куперман Л. И. и др. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — 272 с.
9. Роддатис К. Ф., Полтарецкий А. Н. Справочник по котельным установкам малой производительности. — М. : Энергоатомиздат, 1989. — 488 с.
10. Энергетическое оборудование для тепловых электростанций и промышленной энергетики: каталог. Ч. 1. — М. : ЦНИИТЭИтяжмаш, 1995. — 128 с.
11. Иноземцев Н. В. Тепловые двигатели : учебник для студентов втузов. — М. : Оборонгиз, 1945. — 392 с.
12. Кирсанов И. Н. Модернизация и реконструкция поршневых паровых машин: дисс. … канд. техн. наук / Московский энергетический ин-т (МЭИ). — М. : Б.и., 1953. — 164 с.
13. Дубинин В. С, Лаврухин К. М., Титов Д. П. Сопоставление централизованных и децентрализованных систем энергоснабжения в связи с ожидаемой ситуацией в энергетике России // Тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. «Малая энергетика-2004» 11–14 октября 2004 г. (г. Москва). — М. : Малая энергетика, 2004. C. 19–21.
14. Дубинин В. С. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России. Часть 1 // Промышленная энергетика. 2005. № 9. C. 7–12.
15. Дубинин В. С. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России. Часть 2 // Промышленная энергетика. 2005. № 10. C. 8–15.
16. Дубинин В. С. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России. Часть 3 // Промышленная энергетика. 2005. № 11. C. 11–16.
17. Володин А. И. Локомотивные двигатели внутреннего сгорания. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Транспорт, 1990. — 256 с.
18. Гартманн О. Г. Пар высокого давления : пер. с нем. Б. А. Люблинского; ред. Н. А. Доллежаль. — М. : Гостехиздат, 1927. — 76 с.
19. Шебалин Ю. А., Шлыков Ю. П. О паровых электростанциях малой мощности // Лесная промышленность. 1955. № 8. С. 21–24.
20. Зайцев В. И. Современные типы судовых паровых машин. — Л. : Морской транспорт, 1963. — 90 с.
21. Петров Я. П. Из опыта создания паросиловых установок на повышенные параметры пара // Сб. науч. тр. по лесосплаву № 2. — М. : Гослесбумиздат, 1957. С. 111–137.
22. HÜTTE. Справочная книга для инженеров, архитекторов, механиков и студентов : пер. с нем. [Р.С.Ф.С.Р. Науч.-техн. отдел В.С.Н.Х. Бюро иностр. науки и техники]. Ч. 2. — 10-е изд. — Берлин : Тип. Шпамера в Лейпциге, 1921. — 1298 с.
23. Степанова Т. А., Дубинин В. С., Трохин И. С., Шкарупа С. О., Ростова Д. М. : под ред. Трохина И. С. Высокотемпературная паропоршневая энергетика: монография. — М. : Изд-во МЭИ, 2018. — 104 с.
24. Гашо Е. Г., Гужов С. В., Кролин А. А. Оценка последствий изменения климата на безопасность и надежность функционирования электроэнергетического комплекса г. Москвы // Надежность и безопасность энергетики. 2018. № 3. С. 208–216.
25. Семенов В. Г. Холод и энергетические аварии // Новости теплоснабжения. 2017. № 1. С. 12–19.
26. Añel J. A., Fernández-González M., Labandeira X., Lόpez-Otero X., de la Torre L. Impact of cold waves and heat waves on the energy production sector // Atmosphere. 2017. Vol. 8. P. 209–221.
27. Santágataa D. M., Castesanac P., Rösslera C. E., Gómez D. R. Extreme temperature events affecting the electricity distribution system of the metropolitan area of Buenos Aires (1971–2013) // Energy Policy. 2017. Vol. 106. P. 404–414.
28. Hanski J., Rosqvist T., Crawford-Brown D. Assessing climate change adaptation strategies — the case of drought and heat wave in the French nuclear sector // Regional Environmental. Change. 2018. Vol. 18. № 6. P. 1801–1813.

29. Alipour P., Mukherjee S., Nateghi R. Assessing climate sensitivity of peak electricity load for resilient power systems planning and operation: A study applied to the Texas region // Energy. 2019. Vol. 185. P. 1143–1153.
30. Дубинин В. С. Обеспечение независимости электро- и теплоснабжения России от электрических сетей на базе поршневых технологий : монография. — М. : Изд-во Московского ин-та энергобезопасности и энергосбережения, 2009. — 164 с.
31. Шкарупа С. О. Использование точечного преобразования для аналитического описания процесса в тепловом двигателе дискретного действия // Динамика сложных систем. 2010. № 2. С. 39–42.
32. Шкарупа С. О. Аракелян Э. К. Экспериментальное исследование самостабилизации частоты вращения одноцилиндрового пневматического поршневого двигателя // Вестник Московского энергетического института, 2017. № 1. С. 84–91.
33. Куперман Л. И., Романовский С. А., Сидельковский Л. Н. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности. — Киев : Вища школа Головное изд-во, 1986. — 303 с.
34. Радин В. И., Лондин Й., Розенкноп В. Д. и др. Унифицированная серия асинхронных двигателей : каталог «Интерэлектро». — М. : Энергоатомиздат, 1990. — 416 с.