Способ получения холода за счет использования технологического



Скачать 284.2 Kb.
Дата28.08.2018
Размер284.2 Kb.
Название файлаСпособ1 получения энергии за счет использования технологического.docx


Способ повышения эффективности использования пара низкого давления в теплосиловой установке


Изобретение относится к энергосбережению в различных отраслях химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Разработан способ использования больших потоков тепла оборотной воды, подаваемой в настоящее время на градирни с рассеиванием этого тепла в окружающем пространстве, для повышения кпд теплосиловой установки замкнутого цикла, основным источником тепла в которой служит пар низкого давления. В результате становится возможным использовать подобную двигательную установку вместо существующих паровых турбин работающих при подаче на них пара высокого давления. Разработан состав рабочего газа и подобраны параметры газового цикла, позволяющие использовать для получения полезной мощности низкотемпературное тепло, в том числе технологическое в действующих производствах.

Известен способ повышения кпд теплосиловых установок, работающих на газе, за счет использования комбинированной газотурбинной установки (ГТУ) на продуктах сгорания газового топлива и паротурбинной установки (ПТУ). В этих установках теплота уходящих газов после газовой турбины используется для подогрева воды и образования пара в котле утилизаторе (КУ). Пар из КУ поступает в паровую турбину паротурбинной установки, последняя вырабатывает дополнительную мощность, и тем самым повышается КПД всей комбинированной парогазовой установки утилизационного типа (ПГУ-У) [Костюк А.Г. и др. Турбины тепловых и атомных электростанций. М.: Изд-во МЭИ, 2001г]. Результирующий КПД такой комбинированной установки составляет 55-60% при температуре на входах в турбины более 5000 С.

Известны ГТУ замкнутого цикла (ЗГТУ) на различных газах: воздух, гелий и других [Хэйвуд. Анализ циклов в технической термодинамике. М.: Энергия, 1979 г]. Однако простейшие такие ЗГТУ, например, на воздухе (стандартный цикл Джоуля) при перепадах давления менее 10 имеют кпд в идеальном случае менее 50%, а с учетом неидеальности – менее 30%. При этом для воздуха с учетом неидеальности компрессора (кпд ηк=0,85) и турбины (кпд ηт=0,88) при температуре на входе в турбину 8000С оптимальный перепад давления на турбине равен примерно 10. Также, как и для комбинированной паро-газовой установки для получения приемлемого кпд требуется температура на входе более 5000 С.

Паротурбинные установки, используемые для приводов энергопотребляющих агрегатов в промышленности, имеют кпд менее 30%, если пар имеет температуру ниже 3000С. При этом пар должен быть перегретым для предотвращения конденсации в турбине.

Во всех перечисленных теплосиловых установках не используется насыщенный пар низкого давления – до 5 бар. Кпд установок при таком энергоносителе становится менее 3…4%, его использование в паротурбинной установке невозможно из-за конденсации.

Известен замкнутый сверхкритический цикл Брайтона для утилизации тепла атомного реактора [Small Modular Fast Reactor/Argonne National Laboratory/is managed by The University of Chicago for the U.S. Departament of Energy’s Office under contract W-31-109-Eng-38/pp.64-79/2005]. Первичным энергоносителем для установки замкнутого цикла в данном случае является теплоноситель (жидкий натрий), нагретый в первом контуре реактора. Схема такого сверхкритического цикла является прототипом предлагаемого решения - рис.1.



11

10

17

16

16

153

14

13

12

9

7

6

4

5

3

2

1

8

Рис.1. Схема сверхкритического СО2 цикла Брайтона:

1 – первичный теплоноситель; 2 – теплообменник нагрева СО2 первичным теплоносителем; 3 – турбина СО2; 4 – нагрузка (генератор); 5,6 - высокотемпературный и низкотемпературный рекуператоры; 7 – охладитель; 8,9 – компрессор; 10 – цепь охладителя остаточного тепла; 11 – теплообменник и водяной насос для холостого хода; 12 – компрессор и электромотор для потока холостого хода; 13 – клапан холостого хода; 14 – байпасный клапан; 15 – входной клапан на турбину; 16 – инвертор-регулятор; 17 – клапан разделения потока.

В схеме прототипа СО2 расширяется в турбине 3 до 7,4 МПа, что незначительно превышает критическое давление (7,378 МПа). За счет этого достигается малая мощность компримирования, что позволяет значительно повысить эффективность цикла по сравнению с циклом Брайтона для идеальных газов – рис.2 (из прототипа).


QB


3 ТВ 4

WK WT

К Т Wn=WT-WK - полезная

мощность на привод

2 холодильной установки

TR 5


1 QR

TA


6

QA Рис.1


Здесь Т – малогабаритная турбина с перепадом давления 75/59 атм, TR – рекуперативный теплообменник с мощностью QR, ТА – охладитель с мощностью охлаждения QA проточной водой, К – компрессор, в нашем случае насос (так подобран рабочий газ, что плотность и сжимаемость соответствуют жидкости), ТВ – теплообменник нагрева рабочего газа низкопотенциальным теплом с мощностью нагрева QB.

В приведенном прототипе сверхкритический СО2 при давлении около 20 Мпа

Ниже приведены параметры цикла при использовании реальной турбины с кпд 89% и реального насоса с кпд 80%. Значения КПД цикла, то есть отношения полезной механической мощности Wn к затраченной мощности нагрева QB равны
Температура КПД цикла, % Отношение QR/QB

нагрева Т4, 0С


300 19,4 1,21

250 17,5 0,92

200 14,4 0,60

150 11,5 0,23


Полезная мощность, используемая для привода компрессора холодильной установки позволяет производить холода в 3…5 раз больше, чем затрачено на привод (в зависимости от используемого холодильного цикла и температур охлаждения). Поэтому коэффициент преобразования использованной низкопотенциальной тепловой мощности в холодильную мощность будет в 3…5 раз больше, чем приведенные значения КПД, т.е. достигать 50…97%.

В случае, если на существующем производстве для привода энергопотребляющей (холодильной) установки используется дополнительный теплоэнергетический модуль (газогенератор с турбиной на продуктах сгорания газа, паровая турбина и паровой котел на угле или нефтепродуктах) применение предлагаемой установки вместо перечисленного оборудования позволит резко поднять коэффициент полезного действия по отношению к высокопотенциальному теплу сжигания: вместо 30…35% для перечисленных установок до 70%. При этом необходимый низкопотенциальный нагрев нужно производить лишь до 90…1300 С.

Таким же образом можно за счет сбросового технологического тепла (в том же интервале температур) производить электроэнергию с эффективностью в 1,2…1,4 раза превышающей известные электрогенерирующие установки, включая очень дорогие комбинированные паро-газовые установки, работающие на сравнительно дорогом газе (для этого случая наш КПД превышает в 1,2 раза). Для нашей установки ее высокая эффективность мало зависит от вида топлива – от газа до угля, включая легкие и тяжелые нефтепродукты.

В качестве низкотемпературных источников можно использовать возобновляемые экологически чистые:

- геотермальное тепло;

- солнечную энергию.



При этом конструктивное оформление очень простое – нагрев теплоносителя в коллекторах (обычные металлические трубы), без применения дорогостоящих панельных преобразователей. Доля такой энергетики в комплексном производстве электро- и механической энергии составит до 25%. Напомним, что за многие десятилетия эта доля поднялась лишь до ~5…7%.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©2docus.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Рабочая программа
Методические указания
Пояснительная записка
Методические рекомендации
Учебное пособие
Практическая работа
Общая характеристика
Теоретические основы
Теоретические аспекты
Дипломная работа
Самостоятельная работа
Федеральное государственное
Физическая культура
Теоретическая часть
Технологическая карта
Выпускная квалификационная
Техническое задание
Гражданское право
государственное бюджетное
квалификационная работа
Краткая характеристика
История развития
Производственная практика
Общие положения
прохождении производственной
Учебная программа
Методическая разработка
Управление образования
Экономическая теория
Техническое обслуживание
Общие требования
Правовое регулирование
Операционная система
Методическое пособие
Организация производства
Теория вероятностей
Экономическая безопасность
Управление персоналом
Единая система
Системное программирование
Основная часть
Экологическая обстановка
Математическое моделирование
Конституционное право
Отечественная история
создания отчетов
Управление техносферной
Теория государства