Способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой в 35°С в осенне-весенний 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 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.

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 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 35°С. Для того, чтобы осуществить процесс испарения сжиженного газа C3H8 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 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 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 C 3 H 8 (R290) 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 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 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 [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 C 3 H 8 .

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.