CC BY
3
минус 42°С позволит исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по физиологическим и экологическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - №2 4-3. - С. 4748.
2. Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по термодинамическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 41-43.
3. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования пропана C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
4. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности термодинамического цикла при использовании углекислого газа СО2 и пропана С3Н8. // Инновационная наука. - 2015. - № 11-2. - С. 32-34.
Гафуров А.М.
инженер кафедры «Энергетическое машиностроение» ФГБОУВО «КГЭУ». Россия, г. Казань
Гатина Р.З. студент
4 курс, факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ». Россия, г. Казань
Гафуров Н.М. студент
4 курс, факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ». Россия, г. Казань ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЖИЖЕННОГО ГАЗА С3Ш В КАЧЕСТВЕ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ТЕПЛОВОМ ДВИГАТЕЛЕ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В статье рассматриваются возможности эффективного использования тепловых отходов промышленных предприятий в качестве источников теплоты для установок на низкокипящих рабочих телах. Представлены результаты исследования теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8, обеспечивающего утилизацию тепловых отходов с температурой ниже 80°С.
Ключевые слова: утилизация тепловых отходов, органический цикл Ренкина, сжиженный газ пропан. USE OF THE LIQUEFIED GAS С3Ш AS A WORKING FLUID IN THE HEAT ENGINE FOR UTILIZATION OF THERMAL WASTE OF THE
INDUSTRIAL ENTERPRISES Gafurov A.M., Gatina R.Z., Gafurov N.M.
In article the possibilities of effective use of thermal waste of the industrial enterprises as sources of heat for installations on the low-boiling working fluid are considered. Results of research of the thermal engine with the closed circulation contour on С3Н8 providing utilization of thermal waste with a temperature below 80°C are provided.
Keywords: utilization of thermal waste, organic Rankine cycle, liquefied propane gas.
В настоящее время утилизация низкопотенциальной теплоты производится в основном в геотермальной энергетики, где в энергетических установках реализуется органический цикл Ренкина (ОЦР) с применением низкокипящих рабочих тел (НРТ), в качестве которых применяются различные углеводороды. Однако возможная область применения таких установок с НРТ значительно шире.
Примерами низкокипящих рабочих тел могут быть углеводороды (бутан, пропан), хладоны (R11, R12, R114, R123, Я245+а), аммиак, толуол, дифенил, силиконовое масло или новое синтетическое вещество «Novec 649», разработка компании «3М», известной по брэнду «Скоч» и др. [1].
В последнее время прилагаются большие усилия по утилизации тепловых отходов предприятий промышленности, с возможностью генерации электроэнергии. Потенциал в 750 МВт оценивается для производства электроэнергии от теплоты промышленных отходов в США, 500 МВт в Германии и 3000 МВт в Европе.
Наибольшую долю сбросной теплоты составляют промышленные отходы с температурой ниже 80°С, что затрудняет его использование. Это обстоятельство зачастую крайне неблагоприятно воздействует на окружающую среду, загрязняя ее и приводя к изменениям климата.
В России внедрение экономически эффективных энергосберегающих технологий соответствует основным положениям Энергетической стратегии России до 2030 года (Распоряжение Правительства РФ №1715-р от 13.11.09). Поэтому возможность эффективного использования промышленных отходов с температурой ниже 80°С, является важной научно-технической задачей.
Предлагается способ утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой ниже 80°С с помощью теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8 (рис. 1). Работа теплового двигателя осуществляется по ОЦР, который охлаждается водными ресурсами окружающий среды с температурой от 5°С до 28°С [2].
Рисунок 1 - Принципиальная схема теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 для утилизации тепловых отходов. Тепловой двигатель работает следующим образом: сжиженный газ С3Н8 сжимается в насосе, нагревается и испаряется в теплообменнике-испарителе за счет подводимой теплоты промышленных отходов с температурой ниже 80°С, далее перегретый газ С3Н8 расширяется в турбодетандере соединенный с электрогенератором, затем расширенный газ направляется на охлаждение в теплообменник-конденсатор водяного охлаждения, где в процессе охлаждения газа С3Н8 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ направляется в насос и цикл повторяется [3].
В промышленных холодильных установках пропан используют уже в течение многих лет. Хладагент С3Н8 характеризуется низкой стоимостью и мало растворимостью в воде. При использовании данного хладагента не возникает проблем с выбором конструкционных материалов деталей турбины, конденсатора и испарителя. Весьма низкая температура тройной точки (около 85 К) и очень крутой ход кривой плавления делают пропан удобной средой, передающей давление при низких температурах.
При этом сжиженные углеводороды обладают большим коэффициентом объемного расширения. Для сравнения: коэффициент объемного расширения пропана составляет 0,00306 на один градус повышения температуры газа, что в несколько раз больше чем у иных жидкостей (воды - 0,00019) [4].
Предлагаемый способ утилизации тепловых отходов обеспечивает дополнительную выработку электроэнергии при минимально допустимых температурных перепадах (разницах температур) между источником сбросной теплоты и окружающей среды равной в 22°С. При этом для выработки 1 кВт полезной электрической мощности с помощью теплового двигателя на С3Н8 необходимо утилизировать в среднем около 100 кВт тепловой энергии. К примеру, в табл. 1 приведены эксергетические КПД различных технических систем.
Таблица 1
Наименование Эксергетический КПД, %
Конденсационная электростанция 39-42
Парокомпрессионная холодильная установка 30-35
Абсорбционная водоаммиачная холодильная установка 12-15
Парокомпрессионный тепловой насос 35-40
Исследуемый тепловой двигатель на С3Н8 < 26
Факторами, затрудняющими применения подобных установок по утилизации тепловых отходов производства, являются относительная дешевизна традиционных углеводородов и слабое развитие оборудования отечественного производства, работающего на НРТ.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Возможности использования органического цикла Ренкина для утилизации низкопотенциальной теплоты. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2014. №2 (21). - С. 20-25.
2. Гафуров А.М., Калимуллина Д.Д. Способ утилизации сбросной теплоты в конденсаторах паровых турбин ТЭС, охлаждаемых водными ресурсами. // Инновационная наука. - 2015. - № 12-2. - С. 28-29.
3. Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
4. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования пропана С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
