Возможности использования тепловых отходов промышленности для выработки электроэнергии

3th year student department «industrial heat power engineering and heat supply systems» institute of heat power engineering Potapov A.A. candidate of physico-mathematical sciences assistant professor of department «industrial electronics and lighting» «KSPEU» Russia, Kazan POSSIBILITIES OF USE OF THERMAL WASTE OF THE INDUSTRY FOR ELECTRICITY PRODUCTION

The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a temperature below 90°С for electricity production is considered. Application of power installation with a circulation contour on the liquefied propane.

На нефтехимических производствах тепловые потоки низкого потенциала с температурой меньше 90°С для жидких сред и температурой меньше 150°С для газообразных сред практически не находят применения, т.е. попросту выбрасываются в окружающую среду. Причем объем тепловых выбросов соизмерим с объемом потребления топливно-энергетических 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), отработанного пара низких параметров (до 143°С и 160,9 кг/ч), пропан-пропиленовой фракции (до 5°С и 1,5 кг/ч), метан-этиленовой фракции (до 15°С и 0,9 кг/ч). Наибольшую ценность для создания технологии утилизации с целью экономии топливно-энергетических ресурсов имеют тепловые потоки оборотной воды и пара вследствие их высоких расходных и термодинамических характеристик [1].

Одним из возможных вариантов утилизации теплоты рассматриваемых потоков является установка теплового двигателя на С3Н8, в котором происходит утилизация (отбор) теплоты низких параметров для выработки электроэнергии (рис. 1). Включение установки теплового двигателя на С3Н8 в схему производства позволит производить дополнительную электроэнергию для покрытия собственных нужд производства, что в свою очередь приведет к значительной экономии энергоресурсов [2].

Рис. 1. Принципиальная схема теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 по утилизации тепловых отходов промышленности.

Работа теплового двигателя (рис. 1) осуществляется по органическому циклу Ренкина (ОЦР), который охлаждается технической водой окружающей среды с температурой от 5°С до 28°С. Тепловой двигатель работает следующим образом: сжиженный пропан C3H8 сжимают в насосе до высокого давления, нагревают и испаряют в теплообменнике-испарителе за счет подводимой теплоты промышленных отходов с температурой ниже 90°C, полученный перегретый газ С3Н8 расширяют в турбодетандере, где в процессе расширения газа происходит снижение его температуры и давления, а мощность на валу турбодетандера передается соединенному на одном валу электрогенератору, далее отработавший газ С3Н8 направляют на охлаждение в теплообменник-конденсатор водяного охлаждения, где в процессе охлаждения газа С3Н8 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ направляют в насос и цикл повторяется [3].

Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. Хладагент C 3 H 8 характеризуется мало растворимостью в воде и низкой стоимостью. При использовании хладагента C₃H₈ не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбодетандера и конденсатного насоса.

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].

Предлагаемый способ утилизации тепловых отходов промышленности обеспечивает дополнительную выработку электроэнергии при минимально допустимых температурных перепадах (разницах температур) между источником сбросной теплоты и окружающей среды равной в 22°С. При этом для выработки 1 кВт полезной электрической мощности с помощью теплового двигателя на С3Н8 необходимо утилизировать в среднем около 100 кВт тепловой энергии. К примеру, в табл. 1 приведены эксергетические КПД различных технических систем.

Таблица 1

Факторами, затрудняющими применения подобных установок по утилизации тепловых отходов промышленности, являются относительная дешевизна традиционных углеводородов и слабое развитие оборудования отечественного производства, работающего на низкокипящих рабочих телах.