Способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой 40°С в весенние и осенние периоды времени

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 40°С IN SPRING AND AUTUMN TIME

SPANS

The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a temperature of 40°С for electricity production in spring and autumn time spans is considered. Application of power installation with a circulation contour on the liquefied propane.

На промышленных предприятиях практически не находят применения тепловые потоки низкого потенциала с температурой меньше 80°С для жидких сред и температурой меньше 150°С для газообразных сред. Причем объем тепловых выбросов соизмерим с объемом потребления топливноэнергетических ресурсов, и представляет собой термическое загрязнение окружающей среды. Примером может служить стадия газоразделения совместного производства этилена и пропилена, в котором имеется значительный резерв неиспользуемого низкопотенциального тепла оборотной воды (до 47°С и 240,2 кг/ч) и отработанного пара низких параметров (до 143°С и 160,9 кг/ч), что имеет наибольшую ценность для создания технологии утилизации с целью экономии топливноэнергетических ресурсов [1].

Одним из возможных способов утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой 40°С является установка теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С 3 Н 8 , в котором происходит утилизация (отбор) теплоты низких параметров для выработки электроэнергии (рис. 1). Работа теплового двигателя осуществляется по органическому циклу Ренкина (ОЦР), который охлаждается водными ресурсами окружающий среды с допустимой температурой 18°С в весенние и осенние периоды времени [2].

В сравнении тому, как тепловые отходы промышленности выступают в роли источника низкопотенциальной теплоты с температурой в 40°С, а окружающая среда является источником холода с температурой в 18°С.

Тепловой двигатель на низкокипящих рабочих телах может производить работу только при отсутствии равновесия между ее термодинамической системой и окружающей средой. Поэтому фактическая работа теплового двигателя во многом зависит от количества работы, которую можно получить от термодинамической системы за счет ее внутренней энергии и подведенной к ней первичной тепловой энергии.

Рис. 1. Схема теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C 3 H 8 по утилизации тепловых отходов промышленности.

Работа теплового двигателя (рис. 1) начинается с того, что сжиженный пропан C 3 H 8 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 40°С. Для того, чтобы осуществить процесс испарения сжиженного газа

C3H8 с расходом в 6,18 кг/с до температуры перегретого газа в 35°С необходимо подвести тепловой энергии примерно равной 2120 кДж/кг. На выходе из теплообменника-испарителя полученный перегретый газ C3H8 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 27,63°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 18°С в весенние и осенние периоды времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 26°С направляют в конденсатный насос и цикл повторяется [3].

Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. Хладагент С 3 Н 8 характеризуется мало растворимостью в воде и низкой стоимостью. При использовании хладагента С 3 Н 8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбины и конденсатного насоса [4].

Температурный диапазон использования сжиженного газа C 3 H 8 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 C₃H₈ 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, обеспечивающий полезную выработку электроэнергии тепловым двигателем в 10,37 кВт составляет 22°С при использовании в качестве источника холода – водные ресурсы окружающей среды. В этом случаи максимально возможная эксергетическая     эффективность     термодинамической     системы рассматриваемой установки может достигать 9,1% при использовании в качестве рабочего тела – сжиженный пропан C3H8.