Способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой 50°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 50°С IN A SUMMER TIME SPAN

The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a temperature of 50°С for electricity production in a summer time span is considered.

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

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 [1].

Одним из возможных способов утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой в 50°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). Большинство установок на низкокипящих рабочих телах состоят из четырех основных элементов: расширитель (турбина), насос, теплообменник-испаритель и теплообменник -конденсатор. Несмотря на различия в конструкциях, эти ключевые элементы образуют основу для эффективной работы и реализации процессов теплового контура органического цикла Ренкина (ОЦР), который может охлаждаться как водными ресурсами, так и воздушными ресурсами окружающей среды [2].

В летний период времени экономически целесообразно использование только водяного охлаждения, так как использование воздушного охлаждения приводит к существенным затратам мощности на электродвигатель вентилятора.

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

C 3 H 8 по утилизации тепловых отходов промышленности в летний период.

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 50°С. Для того, чтобы осуществить процесс испарения сжиженного газа C3H8 с расходом в 6,49 кг/с до температуры перегретого газа в 45°С необходимо подвести тепловой энергии примерно равной 2098 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 37,76°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 28°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 36°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 50°С, а окружающая среда является источником холода с температурой в 28°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.

Температурный диапазон использования сжиженного газа C₃H₈ 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 C 3 H 8 в температурном диапазоне от 100°С до минус 42°С позволит исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры [4].

Минимально допустимый температурный перепад, обеспечивающий полезную выработку электроэнергии тепловым двигателем в 6,7 кВт составляет 22°С при использовании в качестве источника холода – водные ресурсы окружающей среды в летний период времени. В этом случаи максимально возможная эксергетическая эффективность термодинамической системы данной установки может достигать 6,1% при использовании в качестве рабочего тела – сжиженный пропан C3H8.

Актуальность проблемы импорт замещения решаются созданием конструкций теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 из обычных материалов и отечественных комплектующих (низкий уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения).