CC BY
3
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ТЕМПЕРАТУРОЙ В 35°С В ОСЕННЕ-ВЕСЕННИЙ ПЕРИОД ВРЕМЕНИ
Рассматривается эффективный способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой в 35°С для выработки электроэнергии в осенне-весенний период времени. Применение энергоустановки с контуром циркуляции на сжиженном пропане.
Ключевые слова: промышленные предприятия, утилизация тепловых отходов, тепловой двигатель.
Gatina R.Z.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
WAY OF UTILIZATION OF THERMAL WASTE OF THE INDUSTRY WITH A TEMPERATURE OF 35°С IN AUTUMN-SPRING
TIME SPAN
The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a temperature of 35°С for electricity production in autumn-spring time span is considered. Application of power installation with a circulation contour on the liquefied propane.
Keywords: industrial enterprises, utilization of thermal waste, heat engine.
Наиболее крупные проблемы теплового загрязнения связаны с промышленными предприятиями. Большая часть энергии топлива, которая не может быть превращена в полезную работу, теряется в виде тепловой энергии. На сегодняшний день сбросная низкопотенциальная теплота промышленных предприятий с температурой ниже 80°С является не востребованной. Наиболее простым способом избавления от этой теплоты является выброс его в окружающую среду. Зачастую сброс тепловых отходов в водоемы может приводить к изменениям биотического компонента экосистемы. Поэтому возможность эффективного
использования промышленных отходов с температурой ниже 80°С, является важной научно-технической задачей.
В последнее время проводятся исследования и предлагаются решения по утилизации тепловых отходов промышленных предприятий, с возможностью выработки электроэнергии. Например, в США потенциал для производства электроэнергии от теплоты промышленных отходов оценивается в 750 МВт, в Германии - 500 МВт, а в Европе - 3000 МВт [1].
Предлагается способ утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой в 35°С с помощью теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8 (рис. 1). Работа теплового двигателя осуществляется по органическому циклу Ренкина (ОЦР), который охлаждается водными ресурсами окружающий среды с температурой в 12°С в осенне-весенний период времени [2].
Рис. 1. Схема теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 по утилизации тепловых отходов промышленности.
Работа теплового двигателя (рис. 1) начинается с того, что сжиженный пропан С3Н8 сжимают в конденсатном насосе до высокого давления и направляют на нагрев и испарение в теплообменник-испаритель, куда поступают тепловые отходы промышленных предприятий с температурой в 35°С. Для того, чтобы осуществить процесс испарения сжиженного газа С3Н8 с расходом в 6 кг/с до температуры перегретого газа в 28°С необходимо подвести тепловой энергии примерно равной 2136 кДж/кг. На
выходе из теплообменника-испарителя полученный перегретый газ С3Н8 направляют в турбодетандер, где в процессе расширения газа происходит снижение его температуры и давления, а мощность на валу турбины передается соединенному на одном валу электрогенератору. После турбодетандера газообразный пропан с температурой в 22°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 12°С в осенне-весенний период времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 20°С направляют в конденсатный насос и цикл повторяется [3].
Пропан С3Н8 (Я290) представляет собой насыщенный углеводород, который при нормальных условиях является бесцветным горючим и взрывоопасным газом, не обладающим запахом. Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. Хладагент С3Н8 характеризуется мало растворимостью в воде и низкой стоимостью. При использовании хладагента С3Н8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбины и конденсатного насоса [4].
Температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина ограничивается показателями критической температуры в 96,7°С и температурой насыщения при давлении не менее 0,1 МПа. Поэтому использование сжиженного газа С3Н8 в температурном диапазоне от 100°С до минус 42°С позволит исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры [5].
Минимально допустимый температурный перепад, который обеспечивает полезную выработку электроэнергии тепловым двигателем в 8,85 кВт составляет 21°С при использовании в качестве источника холода -водные ресурсы окружающей среды с температурой в 12°С. В данном случаи максимально возможная эксергетическая эффективность
термодинамической системы рассматриваемой установки может достигать 8,5% при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела -сжиженный пропан С3Н8.
Основными факторами, которые затрудняют применения данных установок по утилизации тепловых отходов производства, являются относительная дешевизна традиционных углеводородов и слабое развитие оборудования отечественного производства, работающего на низкокипящих рабочих телах.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Перспективные области применения энергетических установок на низкокипящих рабочих телах. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №1 (25). - С. 93-
2. Патент на изобретение №2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров A.M. 10.09.2015 г.
3. Гафуров A.M., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Способ утилизации тепловых вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42.
4. Гафуров A.M., Гафуров H.M. Характерные особенности использования пропана C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
5. Mисбахов Р.Ш., Mизонов В.Е. Mоделирование кинетики застывания жидкой капли при охлаждении. // Mатематические методы в технике и технологиях - MMTT. - 2015. - № 6 (76). - С. 72-74.
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ТЕМПЕРАТУРОЙ 400С В ВЕСЕННИЕ И ОСЕННИЕ ПЕРИОДЫ ВРЕМЕНИ
Рассматривается эффективный способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой 40°С для выработки электроэнергии в весенние и осенние периоды времени. Применение энергоустановки с контуром циркуляции на сжиженном пропане.
Ключевые слова: промышленные предприятия, утилизация тепловых отходов, тепловой двигатель.
Gatina R.Z.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
WAY OF UTILIZATION OF THERMAL WASTE OF THE INDUSTRY WITH A TEMPERATURE OF 400С IN SPRING AND
AUTUMN TIME SPANS
The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a
