НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ВЭР

К низкопотенциальным тепловым вторичным энергоресурсам относятся вещества, отводимые в технологических производствах в окружающую среду, имеющие температуру до 300 0С для газов и до 150 0С для жидкостей. По условиям возникновения низкопотенциальные тепловые ВЭР делятся на три группы:

1. охлаждаемые технологические потоки;

2. технологические и санитарно-технические системы, потребляющие пар и горячую воду повышенного потенциала и одновременным отводом теплоносителей низкого потенциала;

3. котельные установки, технологические печи и другие топливосжигающие устройства.

Основным элементом утилизационных систем является теплообменное устройство. В зависимости от параметров низкопотенциальных тепловых ВЭР могут использоваться теплообменники различных типов. Для утилизации теплоты уходящих газов применяют экономайзеры и воздухоподогреватели. В отдельных случаях находят применение регенеративные теплообменные аппараты.

Одним из путей использования низкопотенциальных ВЭР является применение «теплового насоса» (рис.46). Эта установка по своей конструкции и принципу действия не отличается от холодильного агрегата.

Тепловой насосос» работает следующим образом. Сухой насыщенный пар хладоагента (аммиак, хладон) засасывается компрессором (1) и сжигается в нем адиабатно в процессе 1-2 (рис.47), превращаясь в перегретый пар. Затем хладоагент поступает в конденсатор (2), где вначале охлаждается до температуры конденсации (процесс 2-3), а затем конденсируется (процесс 3-4).

Изобарный процесс (2-3-4) охлаждения и конденсации хладоагента в конденсаторе осуществляется за счет отвода теплоты к низкопотенциальным ВЭР, которые здесь являются вторым теплоносителем.

 

Рис.46 Принципиальная схема «теплового насоса»

1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – дроссель; 4 - испаритель

 

В результате температура ВЭР увеличивается, что приводит к повышению их энергопотенциала. После конденсации хладоагент дросселируется (процесс 4-5) в вентеле (3), превращаясь во влажный пар с небольшой степенью сухости. Дросселирование сопровождается резким понижением температуры хладоагента. Затем хладоагент направляется в испаритель (4), где испаряется и превращается в сухой насыщенный пар. Процесс испарения хладоагента осуществляется за счет отвода теплоты от охлаждаемого вещества, например, от рассолов NaCl, CaCl2 и др., которые в свою очередь охлаждают технологический реактор. Таким образом, «тепловой насос» выполняет две функции – повышает энергопотенциал низкотемпературных ВЭР и охлаждает рассол, циркулирующий между испарителем и технологическим аппаратом.

Рис.47. Термодинамический цикл «теплового насоса» в T-S и lgP – I диаграммах

 

Применение «теплового насоса» в системах теплоснабжения (рис.48) позволяет получить существенную экономию топлива. «Тепловой насос» предназначен для подогрева сетевой воды от температуры t1 до tтн. Окончательный нагрев сетевой воды до температуры t2 осуществляется в пиковой водогрейной котельной.

Подпиточная вода нагревается в переохладителе, проходит водоочистку и деаэрацию и смешивается с водой из обратной линии. На рис.49 показана экономия топлива, получаемая при использовании «теплового насоса». Величина ΔВ определяется как разность расходов топлива котельной и теплонасосной станции. Влияние tтн на экономию топлива зависит от КПД замещаемой котельной ηк.

 

Рис.10.5 Принципиальная схема «теплового насоса» для открытой системы теплоснабжения:



1- испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – переохладитель; 5 – дроссель; 6 – агрегат химводоочистки; 7 – деаэратор; 8 – пиковая водогрейная котельная.

 

При ηк = 0,77 и 0,79 экономия топлива с ростом tтн заметно возрастает, а при ηк = 0,84 значение ΔВ практически не изменяется. Анализ показателей использования «теплового насоса» для нужд централизованного отношения показывает, что при температуре источника низкопотенциальной воды более 10 0С применение «теплового насоса» обеспечивает экономию топлива около 20%. На рис.50 показана зависимость коэффициента преобразования φ при различных режимах работы системы теплохладоснабжения.

 

Рис.49 Экономия топлива при использовании «теплового насоса»

Перевод работы холодильной установки в режим эксплуатации «теплового насоса» связан с повышением энергозатрат на осуществление термодинамического цикла. Целесообразность повышения низкопотенциальных ВЭР определяется следующими параметрами: начальной температурой низкопотенциальных ВЭР; температурой ВЭР, требуемой потребителем; конечной температурой ВЭР, которая достигается после их использования в том или ином технологическом аппарате. Кроме того, на целесообразность перевода холодильной установки в режим работы «теплового насоса» влияют параметры термодинамического цикла холодильного агрегата.

 

Рис.50 Зависимость коэффициента преобразования от температур испарения и конденсации

 

Очевидно, что для выполнения двух функций (повышения энергопотенциала низкотемпературных ВЭР и охлаждения рассола), «тепловой насос» должен работать с переохлаждением хладоагента в конденсаторе (рис.51).

Рис.51 Термодинамический цикл «теплового насоса» с переохлаждением хладоагента (1-2-3-4-5 цикл холодильной машины)

 

РАСЧЕТ «ТЕПЛОВОГО НАСОСА»

Необходимые данные для расчета:

1. Начальная температура ВЭР – tн, 0С;

2. Температура ВЭР, требуемая потребителем - tк, 0С;

3. Температура ВЭР, достигаемая после их использования в технологическом аппарате - tк΄, 0С;

4. Параметры работы холодильного агрегата:

а) расход хладоагента – mx, кг/с;

б) температура испарения хладоагента – tu, 0С;

в) температура конденсации хладоагента – tконд, 0С.

Холодопризводительность «теплового насоса» равна холодопризводительности холодильной машины:

 

Qo = mx (i1 – i5) (10.17)

 

Количество охлаждаемого рассола определится из уравнения теплового баланса испарителя:

 

(10.18)

 

Температура конденсации хладоагента в режиме «теплового насоса»

 

(10.19)

 

Тепловой поток в конденсаторе:

 

Q = mx (i – i4) (10.20)

 

Расход низкопотенциальных ВЭР

 

(10.21)

 

Поверхность конденсатора

 

, (10.22)

 

где Δtср – средняя разность температур, определяется исходя из температурной схемы процесса(рис.52 ).



Движущую силу процесса теплопередачи в конденсаторе рассчитывают по зонам: для зоны охлаждения хладоагента, зоны конденсации и зоны переохлаждения. Для этого составляется тепловой баланс для каждой точки зоны:

Зона охлаждения хладоагента

 

Q1 = mx ∙ (i2΄ - i3΄) = GВЭР ∙ CВЭР (tк - t˝) (10.23)

 

Зона конденсации хладоагента

 

Q2 = mx ∙ (i3΄ - i4΄) = GВЭР ∙ CВЭР (t˝ - t΄) (10.24)

 

Рис. 52. Изменение температур теплоносителей вдоль поверхности конденсатора.

 

 

Зона переохлаждения хладоагента

 

Q3 = mx ∙ (i - i4) = GВЭР ∙ CВЭР (t΄ - tн) (10.25)

 

Определяют неизвестные температуры t΄ и t˝ низкопотенциальных ВЭР и рассчитывают средние движущие силы в каждой зоне конденсатора. По уравнению (10.25) рассчитывают необходимые поверхности зон конденсатора, предварительно задаваясь значениями коэффициента теплопередачи:

Зона охлаждения хладоагента

К = 30 ÷ 40 Вт/(м2К);

Зона конденсации хладоагента

К = 800 ÷ 1200 Вт/(м2К);

Зона переохлаждения хладоагента

К = 300 ÷ 800 Вт/(м2К);

 

По рассчитанному значению поверхности конденсатора по каталогам подбирают стандартные аппараты.

Мощность, потребляемая компрессором

 

N = mx (i - i1) (10.26)

 

Показатель эффективности «теплового насоса» (коэффициент трансформации) представляет собой отношение эффекта, созданного установкой, к затрате энергии на ее работу:

 

φ = Q/L = q/l = (i2΄ - i4)/( i2΄ - i1) (10.27)

 

Холодильный коэффициент «теплового насоса»:

 

ε = Qo / (Q - Qo) (10.28)

 

Тепловой поток при использовании низкопотенциальных ВЭР с поднятым энергопотенциалом:

 

Q΄ = GВЭР ∙ CВЭР (tк - t΄k) (10.29)

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ВЫСОКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ВЭР | ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГОРЮЧИХ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ


Дата добавления: 2017-04-20; просмотров: 5; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2017 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.05 сек.