CC BY
2
Гафуров А.М. инженер
кафедра «Энергетическое машиностроение»
ФГБОУВО «КГЭУ» Гафуров Н.М. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Россия, г. Казань СПОСОБ РАБОТЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СЖИЖЖЕННОМ ГАЗЕ С3Н8 С КОМБИНИРОВАННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
В статье рассматривается способ работы низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8, обеспечивающего утилизацию тепловых отходов с температурой ниже 80°С. Предлагается комбинированная система охлаждения и сжижения отработавшего газа С3Н8.
Ключевые слова: утилизация тепловых отходов, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный газ пропан.
MODE OF WORK OF THE LOW-TEMPERATURE HEAT ENGINE
ON С3Н8 LIQUEFIED GAS WITH THE COMBINED COOLING
Gafurov A.M., Gafurov N.M., Gatina R.Z.
In the article the method of operation of the low-temperature heat engine with closed-loop circulation of the liquefied gas С3Н8, providing utilization of thermal waste with a temperature below 80°C. The combined system of cooling and liquefying С3Н8 exhaust gas is offered.
Keywords: utilization of thermal waste, low-temperature heat engine, liquefied propane gas.
На тепловых электрических станциях используется только 40% энергии топлива, это означает, что 60% этой энергии теряется безвозвратно в виде отходов теплоты от горячих выхлопных газов, охлаждающей воды и воздуха, а также потери теплоты с горячих поверхностей оборудования. Поэтому в последнее время прилагаются большие усилия по утилизации тепловых отходов предприятий промышленности, с возможностью генерации электроэнергии [1].
В настоящее время утилизация низко- и среднепотенциальной теплоты на уровне 80-160°С 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.
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. Кроме того, стоимость выброшенной энергии, в конечном счете, закладывается в себестоимость продукции [2].
Подобно тому, как тепловые отходы промышленных предприятий являются прямым источником низкопотенциальной теплоты с температурой ниже 80°С, окружающая среда - прямой источник холода с температурой до минус 50°С. Термодинамическая система теплового двигателя на низкокипящих рабочих телах может производить работу только при отсутствии равновесия между ее термодинамической системой и окружающей средой. При этом фактическая работа теплового двигателя, отдаваемая потребителю, сопоставляется с максимальным количеством работы, которую можно получить от термодинамической системы за счет ее внутренней энергии и подведенной к ней первичной тепловой энергии.
Предлагается способ утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой ниже 80°С для выработки электроэнергии с помощью низкотемпературного теплового двигателя (НТД) с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8 (рис. 1) [3].
Рисунок 1 - Принципиальная схема НТД с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8 для утилизации тепловых отходов.
Весь процесс начинается со сжатия в насосе НТД (рис. 1) сжиженного газа С3Н8, который направляют на нагрев и испарение в теплообменник-испаритель, куда поступают тепловые отходы промышленных предприятий с температурой ниже 80°С. Температура кипения сжиженного газа С3Н8 сравнительна низка при температуре от 14,67°С до 32,32°С и давлении от 0,725 МПа до 1,142 МПа, поэтому в теплообменнике-испарителе сжиженный газ С3Н8 быстро испаряется и переходит в газообразное состояние, после чего, имея температуру перегретого газа, его направляют на расширение в турбодетандер НТД [4].
В турбодетандере НТД происходит расширение газообразного газа С3Н8 со снижением его температуры. Мощность турбодетандера передается соединенному на одном валу электрогенератору. На выходе из турбодетандера газообразный газ С3Н8 направляют на сжижение в комбинированный теплообменник-конденсатор системы водяного и воздушного охлаждения НТД, который позволяет как последовательно, так и параллельно охлаждать и сжижать газообразный пропан.
При последовательном охлаждении температуру газообразного пропана снижают вначале в конденсаторе водяного охлаждения, а затем его сжижают в конденсаторе воздушного охлаждения (в зимний период). При параллельном охлаждении газообразный пропан разделяют на два потока: первый поток охлаждается и сжижается в конденсаторе водяного охлаждения, а второй поток в конденсаторе воздушного охлаждения, и в процессе смешения двух выходных потоков возможно регулирование температуры сжиженного газа С3Н8. Причем применение воздуха в качестве теплоотводящей среды конденсатора позволяет резко сократить расходы воды и улучшить экологический баланс естественных водоемов. В сжиженном состоянии газ С3Н8 направляют для сжатия в насос НТД. Далее ОЦР на основе низкокипящего рабочего тела повторяется.
В зимний период времени минимально допустимая температура охлаждающего воздуха равна температуре окружающей среды, что в свою очередь не ограничивает потенциал для использования теплоперепада в НТД с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8. При этом возможна эксплуатация конденсаторов воздушного охлаждения в условиях холодного климата со средней температурой наружного воздуха в наиболее холодный период не ниже минус 50оС.
Комбинированная система охлаждения и сжижения газообразного пропана позволяет обеспечить дополнительную выработку электроэнергии НТД при минимально допустимых температурных перепадах (разницах температур) между источником сбросной теплоты и окружающей среды равной в 22°С для водяного охлаждения и 33°С для воздушного охлаждения. Поэтому эффективность комбинированной системы охлаждения зависит от времени года и температурного потенциала.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы утилизации тепловых отходов на тепловых электрических станциях в зимний период. // Инновационная наука. - 2015. - № 10-1. - С. 53-55.
2. Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Новые системы охлаждения конденсаторов паровых турбин ТЭС. // Инновационная наука. - 2016. - № 33. - С. 100-101.
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. Способ утилизации сбросной теплоты в конденсаторах паровых турбин, охлаждаемых водными ресурсами при температуре 5°С в зимний период времени. // Инновационная наука. 2016. № 4-3. С. 50-51.
Гафуров А.М. инженер
кафедра «Энергетическое машиностроение»
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Гафуров Н.М. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Россия, г. Казань СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ
ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК МАЛОЙ МОЩНОСТИ В статье рассматривается способ повышения топливной экономичности газотурбинных установок типа АЛ-31СТ. Предлагается использование вакуумирующего агрегата в существующем газоходе за газотурбинной установкой, охлаждаемого водными ресурсами. Представлены основные результаты расчета математической модели двигателя типа АЛ-31СТ.
Ключевые слова: газотурбинная установка, вакуумирующий агрегат, топливная экономичность.
WAY OF INCREASE OF FUEL PROFITABILITY OF GAS TURBINE UNITS OF LOW POWER
Gafurov A.M., Gafurov N.M., Gatina R.Z.
In article the way of increase of fuel profitability of AL-31ST gas turbine units is considered. Use of the vacuumizing unit in the existing gas flue behind the gas turbine unit cooled by water resources is offered. The main results of calculation of
