Способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой 45°С в летний период 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 45°С IN A SUMMER TIME SPAN

The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a temperature of 45°С for electricity production in a summer time span is considered.

Application of power installation with a circulation contour on the liquefied propane.

Один из важных факторов экономии топливно-энергетических ресурсов - использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР), образующихся в одних технологических установках, процессах и направляемых для энергоснабжения других агрегатов и процессов. Количество образующихся вторичных энергетических ресурсов на промышленных предприятиях, в особенности в нефтехимической отрасли, достаточно велико, поэтому разработка технологий утилизации, основанных на максимальном использовании выделяемой энергии ВЭР при различных реакциях - это одно из важнейших направлений экономии энергетических ресурсов.

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 тепловых отходов предприятий промышленности, является важной научно-технической задачей.

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 [1].

Одним из возможных способов утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой в 45°С является установка теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8, 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 в 24°С в летний период времени [2].

Рис. 1. Схема теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на

C3H8 по утилизации тепловых отходов промышленности.

Работа теплового двигателя (рис. 1) начинается с того, что сжиженный пропан C3H8 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 45°С. Для того, чтобы осуществить процесс испарения сжиженного газа C3H8 с расходом в 6,36 кг/с до температуры перегретого газа в 40°С необходимо подвести тепловой энергии примерно равной 2107 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 33,86°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 24°С в летний период времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 32°С направляют в конденсатный насос и цикл повторяется [3].

В сравнении тому, как тепловые отходы промышленности выступают в роли источника низкопотенциальной теплоты с температурой в 45°С, а окружающая среда является источником холода с температурой в 24°С в летний период времени. 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 [4].

Минимально допустимый температурный перепад, обеспечивающий полезную выработку электроэнергии тепловым двигателем в 5,24 кВт составляет 21°С при использовании в качестве источника холода – водные ресурсы окружающей среды. В этом случаи максимально возможная эксергетическая эффективность термодинамической системы рассматриваемой установки может достигать 5% при использовании в качестве рабочего тела – сжиженный пропан C 3 H 8 .