CC BY
6IMPROVING THE EFFICIENCY OF AIR TRANSPORT HEAT PUMP UNIT IN THE EXPANDERGENERATOR UNIT
Mukolyants A.A.,
Docent
Tashkent State Technical University named after Islam Karimov 100095 Uzbekistan, Tashkent, University street 2A
Sotnikova I.V., Senior Lecturer
Tashkent State Technical University named after Islam Karimov 100095 Uzbekistan, Tashkent, University street 2A
Buranov M.D., Senior Lecturer
Tashkent State Technical University named after Islam Karimov 100095 Uzbekistan, Tashkent, University street 2A
Taubaldiyev AA.
Bachelor
Tashkent State Technical University named after Islam Karimov 100095 Uzbekistan, Tashkent, University street 2A
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДУШНОЙ ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ В ДЕТАНДЕР - ГЕНЕРАТОРНОМ АГРЕГАТЕ
Мукольянц А.А.,
доцент
Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова
100095 Узбекистан, Ташкент, улица Университетская 2А
Сотникова И.В., старший преподаватель
Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова
100095 Узбекистан, Ташкент, улица Университетская 2А
Буранов М.Д., старший преподаватель
Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова
100095 Узбекистан, Ташкент, улица Университетская 2А
Таубалдиев А.А.
бакалавр
Ташкентский государственный технический университет имени Ислама Каримова
100095 Узбекистан, Ташкент, улица Университетская 2А
Abstract
The article discusses the increase in efficiency in the air heat pump installation in the expander-generator unit during preheating of the air used as a heat carrier. A graph of the dependence of the conversion coefficient on the initial air temperature is obtained.
Аннотация
В статье рассматривается повышение эффективности в воздушной теплонасосной установке в детандер - генераторном агрегате при предварительном подогреве воздуха, используемого в качестве теплоносителя. Получен график зависимости коэффициента преобразования от первоначальной температуры воздуха.
Keywords: expander-generator set, air heat pump unit, conversion factor, secondary energy resources, air heating.
Ключевые слова: детандер-генераторный агрегат, воздушная теплонасосная установка, коэффициент преобразования, вторичные энергоресурсы, подогрев воздуха.
На сегодняшний день в Узбекистане появилась тенденция к использованию распределённой выработки электроэнергии, что способствует к повышению эффективности и использованию вторичных источников энергии. Внедрение и использование
энергосберегающих установок является приоритетным направлением развития в сфере энергетики.
На территории Узбекистана находится большое количество газораспределительных станций, где при редуцировании теряется потенциальная энергия давления, которую можно преобразовать в
электрическую с помощью детандер- генераторного агрегата.
Для повышения эффективности детандер- генераторной установки, необходимо повысить температуру газа до входа в агрегат. Эффективность ДГА зависит от способа подогрева газа перед детандером [1]. Кроме того, технологические требования к эксплуатации газопроводов заставляют подогревать газ перед детандером ДГА до температуры 80-100°С
Обычно для повышения температуры используется тепловая энергия, полученная с помощью теплонасосной установкой, работающий на низкопотенциальном рабочем теле.
В последнее время определенный интерес начал проявляться к воздушным теплонасосным установкам (ВТНУ) - тепловым насосам, в которых
в качестве рабочего тела используется воздух [2]. Назначением ВТНУ является повышение температурного потенциала теплоты для обеспечения возможности теплообмена при передаче этой теплоты нагреваемой среде.
Принцип работы установки заключается в следующем. Атмосферный воздух, являющийся в данной установке рабочим телом, поступает по линии 1 в компрессор 2, приводимый в действие электродвигателем 3. В компрессоре давление и, соответственно, температура воздуха увеличиваются. Давление, до которого необходимо сжать воздух в компрессоре, должно быть таким, чтобы соответствующая ему температура воздуха на выходе из компрессора была выше температуры, до которой необходимо подогреть теплоноситель в теплообменнике 4 (рис.1.).
Рис.1. Принципиальная схема воздушной теплонасосной установки 1 - вход воздуха; 2 - компрессор; 3 - электродвигатель; 4 - теплообменник; 5, 6 - вход и выход нагреваемой среды; 7- турбина; 8 - выход воздуха
На рис. 1 для определенности выбрана проти-воточная схема теплообменника, следовательно, позиции 5 и 6 - вход и выход нагреваемой среды соответственно. Давление воздуха на выходе теплообменника остается более высоким, чем атмосферное давление. В воздушной турбине 7, куда воздух попадает после теплообменника, он расширяется, энергия потока воздуха преобразуется в механическую работу, воздух при этом охлаждается. После турбины воздух направляется в атмосферу. Полученная в воздушной турбине механическая работа используется для привода компрессора, снижая тем самым потребную энергию, подводимую к установке извне.
В качестве критерия для определения эффективности работы теплонасосных установок обычно используется коэффициент преобразования теплоты V , представляющий собой отношение переданной потребителю теплоты Q1 высокого потенциала к затраченной при этом электрической мощности [3].
V = —, (1)
N
где Ql - теплота, переданная воздухом газу в теп-лообменном аппарате,
N - электрическая мощность, потребляемая компрессором.
Количество теплоты определяется разностью энтальпий:
Q = GB (h - h),
(2)
где Ов - расход воздуха.
Этот критерий характеризует эффективность использования установки и зависит, в том числе, и от температур теплоты низкого и теплоты высокого потенциалов. В связи с тем, что температура Т1, которую должен иметь воздух на выходе из компрессора, определяется условиями эксплуатации и не может быть произвольно изменена, определенный интерес представляет исследование влияния температуры воздуха на входе в компрессор на коэффициент преобразования ВТНУ [4].
На рисунке 2 приведена Н$ -диаграмма процессов в ВТНУ при повышении температуры воздуха на входе в компрессор. В данной работе рассматривается повышение температуры как результат предварительного подогрева воздуха низкопотенциальной теплотой вторичных энергетических ресурсов (ВЭР). В качестве начального рассматривается процесс 1о-2о-3о-4о. Затем температура Та™, соответствующая точке 10, повышается до температуры ТвХ, соответствующей точке 11. При этом должны быть обеспечены постоянные условия работы теплообменника, т.е. должны оставаться постоянными передаваемая в теплообменнике теплота, а также температуры воздуха на выходе из компрессора (на входе в теплообменник) и на выходе из теплообменника.
Для выполнения этих условий, как видно из диаграммы, приведенной на рисунке 2, воздух в компрессоре должен быть сжат до меньшего, по сравнению с начальным, давления р1 (в ВТНУ должен быть организован процесс 11-21-З1-41).
Рис. 2. Процессы в ВТНУ в hs -диаграмме при повышении температуры воздуха
на входе в компрессор
Увеличится коэффициент преобразования теплоты при повышении температуры воздуха на входе в компрессор или уменьшится, зависит от того, насколько интенсивно изменяются полная потребная мощность компрессора и мощность воздушной турбины. Это определяется тем, что необходимая для обеспечения работы ВТНУ электрическая мощность ЫЭ представляет собой разность между полной потребной мощностью N компрессора и мощностью Лет воздушной турбины
N =N -N
Э К ВТ
(3)
Преобразовав формулу (4), в соответствии с обозначениями на рис.3, она может быть приведена к виду
N =ов [(\ - \ - \) ]. (4)
С использованием формул (1), (2) и (4) были проведены расчеты при следующих исходных данных:
Т1 = 1000С; Т2=250С; рш =0,15 МПа; %к=0,82; ^¡т=0,80.
Температура Твх воздуха на входе в компрессор изменялась от 5 до 25 °С.
Результаты расчетов представлены в графическом виде на рис.3.
« И
в
а
«
Я 2 О
СП «
а
ю
2 w
а. с н
и 1
s в
в
Z0ß
п О
M
—t __-4 — >-2,17 2,3
< >-lJ7S ( 1,36 r~ljS6
Температура воздуха на входе в компрессор °С
Рис.3. Зависимость коэффициента преобразования воздушного теплового насоса от температуры воздуха на входе в компрессор
Проведенные расчеты показали, что при увеличении температуры воздуха на входе в компрессор коэффициент преобразования увеличивается.
Таким образом, при принятых условиях предварительный подогрев воздуха перед компрессором позволяет повысить эффективность работы ВТНУ.
References
1. Mukolyants A., Buranov M., Makhmudov H., Kurbanaliev M. Research of schemes for using energy-saving turbo expanders installations in uzbekistan's gas
supply systems. Norwegian Journal of development of the International Science No 44/2020. p. 47-53.
2. Agababov V. S., Dzhuraeva E. V., Arkharova A. Yu. Installation for electricity production on the basis of DGA, air turbines and compressors / / Vestnik MEI. 2007. No. 2.p. 48-53.3.
3. Alexandrov A. A. Thermodynamic bases of cycles of heat and power installations. - M.: MEI Publishing House, 2004.
4. Agababov, B.C. (2011) Analysis of the influence of operation parameters of a fuel-free energy generating unit on its efficiency. Energy Saving and Water Treatment. - No. 6 (74). - pp. 26-28.
