CC BY
83
E. M. Uteniyzov
A pooled analysis of concrete compaction technology
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar Material received on 11.05.16.
В настоящей статье автор дает обобщённый анализ технологии уплотнения бетонной смеси, методом вибрации.
In the given article the author analyzes the technology of compression of concrete mixture by the method of vibration.
УДК 697.329 Р. М. Утениязов
магистрант, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар е-mail: [email protected]
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЭЦ
В настоящей статье автор рассматривает перспективы применения тепловых насосов нового поколения с использованием нетрадиционных источников энергии для производства дополнительной тепловой энергии на ТЭЦ
Ключевые слова: источники энергии, энергоэффективные здания, тепловые насосы.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из перспективных направлений эффективного использования тепло насосных технологий в Республике Казахстан является направление, связанное с утилизацией низкотемпературных тепловых отходов технологических процессов промышленных предприятий (сбросные воды предприятий, вода из системы оборотного водоснабжения и т.п.) с целью снижения вредных выбросов в атмосферу и одновременным получением теплоты более высоких параметров.
В Республике Казахстан действует около 40 ТЭЦ, на которых в существующих системах оборотного водоснабжения сбрасывают с охлаждающей водой 45-55 % энергии топлива. Иногда решающим фактором в выборе площадки для строительства ТЭС оказывается наличие естественных водоемов, способных без особого ущерба воспринять значительный объем бросовой теплоты (например, Усть-Каменогорская ТЭЦ, Согринская ТЭЦ и др.), тем самым осуществляя тепловое загрязнение этих водоемов.
Также промышленные предприятия (металлургия, нефтехимия, машиностроение и др.) потребляют в градирнях огромное количество воды для охлаждения машин и рабочих тел в различных технологических процессах.
Эти «тепловые реки» имеют круглый год температуру 20-40 °С, практически не позволяющую использовать теплоту непосредственно, и охлаждаются в градирнях, прудах-охладителях, реках, отдавая в атмосферу вместе с теплотой часть воды.
При мировых тенденциях экономии топливных ресурсов, сбросное тепло в градирнях (прудах-охладителях, реках) необходимо полезно использовать.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Уже существует определенный зарубежный опыт в этом направлении (КНР, Россия и др.), который продемонстрировал, что применение ТН на ТЭЦ выгодно не только технологически (улучшается вакуум в конденсаторе и повышается выработка электроэнергии), но и экономически (реальная экономия топлива или повышение тепловой мощности ТЭЦ без дополнительных расходов на топливо и излишних капитальных затрат).
В настоящее время только на ТЭС РАО «ЕЭС России» системой охлаждения технической воды (СОТВ) сбрасывается в окружающую среду не менее 140-150 млн. Гкал, что эквивалентно 24-26 млн. т. у. т. непроизводительного расхода топлива. Только в системе АО «Мосэнерго» выбросы в СОТВ на ТЭЦ Москвы составляют 45...50 млн. Гкал в год, что равносильно потере 7,2...8 млн. т условного топлива в год. Суммарная величина сбросного тепла на городских и прилегающих к Москве ТЭЦ в период с ноября по март отопительного сезона составляет 1600-2000 Гкал/ч. Технически возможна утилизация до 45 % низко потенциальной теплоты (около 10 % от количества отпускаемой теплоты).
При разработке тепловой и технологической схемы тепло насосной установки (ТНУ) на ТЭЦ-28 АО «Мосэнерго» (1999 г.) принималось во внимание, что на первом этапе внедрения ТНУ наибольший интерес представляет использование в качестве низкотемпературного источника теплоты для ТНУ сбросной теплоты циркуляционной воды после конденсатора турбины (в градирню) и ее передача в теплосеть.
Как известно, экономия (замещение) органического топлива с помощью ТН происходит за счет полезного вовлечения выбросов низко потенциальной теплоты на тепловых электростанциях.
Это достигается двумя способами:
- прямым использованием охлаждающей технической воды ТЭЦ в качестве источника низко потенциальной теплоты (ИНТ) для тепловых насосов (вместо реконструкции градирен);
- использованием в качестве ИНТ для тепловых насосов обратной сетевой воды, возвращаемой на ТЭЦ, температура которой снижается до 20...25 °С.
Технически возможна утилизация до 45 % низко потенциальной теплоты (НПТ), при этом обеспечивается:
- прирост электрической мощности (на 6-10 %) от установленной мощности теплофикационной турбины без затрат топлива на этот прирост;
- прирост тепловой мощности на величину утилизируемой теплоты, ранее выбрасываемой в систему охлаждения технической воды;
- возрастание отопительной нагрузки (на 15-20 %) при том же расходе первичной сетевой воды и снижение дефицита в сетевой воде на ЦТП в удаленных от ТЭЦ микрорайонах;
- появление резервного источника для покрытия пиковых тепловых нагрузок.
Прямое использование тепла технической воды, охлаждающей конденсаторы
ТЭЦ в качестве источника низко потенциальной теплоты (ИНТ) для ТН нового поколения (в обход градирни) дает возможность вернуть большую часть этой сбросной теплоты в тепловую схему станции (около 50-60 %). При этом:
- на производство этой теплоты не надо затрачивать дополнительное теплоты топливо;
- улучшается экологическая ситуация;
- за счет понижения температуры циркуляционной воды в конденсаторе турбин существенно улучшится вакуум и повысится электрическая выработка с турбин;
- сократятся потери циркуляционной воды и затраты на ее перекачку
Однако, все известные в мире типы ТН, работающие на традиционном тепло
насосном цикле Ренкина, обеспечивают подогрев теплоносителя только до 62 0С, в то время как предлагаемые в данном проекте ТН нового поколения, работающие на более эффективном, с термодинамической точки зрения треугольном цикле Лоренца, дают возможность подогрева воды в системе до 80 0С и выше, с более высоким коэффициентом преобразования и другими показателями.
В настоящее время по результатам многолетних исследований учеными России (ЗАО «Энергия, г. Новосибирск) и Республики Казахстан разработаны ТН нового поколения, работающие при больших разностях температур кипения и конденсации, с достаточной высокой эффективностью (коэффициент преобразования энергии ^4), высокой температурой воды для отопления до 80 0С (а не 55-620 г. С, как у всех видов, производимых в мире тепловых насосов) и с увеличенным ресурсом работы. Эффективность такого цикла Лоренца значительно превосходит эффективность традиционного обратного тепло насосного цикла Ренкина, по которому в настоящее время работают все парокомпрессионные тепловые насосы в мире.
По данной разработке подана заявка на инновационный патент РК и получен патент РФ на изобретение «Способ горячего водоснабжения и способ отопления с его использованием».
Внедрение тепло насосных технологий нового поколения на действующих и запроектированных к строительству ТЭЦ, АЭС Республики Казахстан позволит обеспечить прирост теплогенерирующих мощностей, не увеличивая при этом потребления первичного топлива (угля, мазута), снижая выбросы в окружающую среду.
Важнейшей предпосылкой для применения ТН нового поколения являются огромные выбросы низко потенциальной теплоты (НПТ), прежде всего системой охлаждения технической воды на ТЭЦ, увеличивающиеся в период снижения тепловой нагрузки в неотопительный период.
Перспективным представляется реализация пилотного инновационного энергосберегающего проекта в г. Актобе с использованием в ТН нового поколения теплоты циркуляционной воды ТЭЦ г. Актобе для теплоснабжения строящихся объектов столицы. Объем оборотной воды ТЭЦ г. Актобе, поступающей для охлаждения на градирни с температурой 20-35 г. С составляет до 32 000 м / час.
Предлагается применение тепловых насосов (ТН) нового поколения в технологической схеме ТЭЦ с использованием в качестве источника низко потенциальной теплоты (ИНТ) воды из конденсаторов турбин с температурой до +350 С, направляемой вместо градирен (прудов-охладителей, рек) на испарители ТН, что позволит:
- обеспечить получение в отопительный период до 15 % дополнительной электроэнергии, т.к. в этом случае отпадает необходимость в теплофикационных
отборах, и весь пар будет использоваться для производства электроэнергии;
- утилизировать низко потенциальную теплоту (НПТ) системы охлаждения технической воды (СОТВ) для подогрева сырой и химочищенной воды, поступающей на восполнение потерь сетевой воды;
- получить экономию (замещение) органического топлива с помощью ТН, что, в конечном итоге, происходит за счет полезного вовлечения выбросов НПТ на ТЭЦ.
Разработанные максимально приспособленные к работе в суровых климатических условиях Казахстана и России (до -45 °С) технология и схемы применения ТН нового поколения с использованием в качестве ИНТ воды из конденсаторов турбин планируется внедрять в крупных городах, где имеются ТЭЦ, большинстве регионов страны для повышения эффективности работы теплоэнергетического оборудования станций, что, в целом, даст государству значительную экономию бюджетных средств, уменьшит выбросы парниковых газов в атмосферу, улучшит экологическую обстановку.
В рамках реализации Меморандума о совместной работе между Казахстанскими ученными и ЗАО «Энергия» (г. Новосибирск), в 2-4 кварталах 2016 года продолжены дальнейшие исследования по перспективам применения ТН нового поколения, работающего по схеме более эффективного, по сравнению с обратным циклом Ренкина, цикла Лоренца, с целью получения теплоты высоких параметров на станции путем охлаждения циркуляционной воды ТЭЦ г. Актобе.
Согласно, Протокола совместного совещания с руководством «Актобе - Энергия» (14.02.2016 года) продолжены расчетно-теоретические работы по возможности применения тепло насосных технологий нового поколения с использованием в качестве низкотемпературного источника теплоты циркуляционной воды ТЭЦ (г. Актобе).
ПТО ТЭЦ г. Актобе предоставлена вся необходимая информация: производственные показатели работы станции, включающие в себя параметры теплоносителя, данные по суточной и ежемесячной выработке пара, электроэнергии, баланс теплоносителей по ТЭЦ и т.д.
По результатам проведенных исследований в 2-4 кварталах 2016 года выполнены расчетные обоснования по многоступенчатой тепло насосной станции
(ТНС) для системы горячего водоснабжения (ГВС) на объекте ТЭЦ г. Актобе, состоящей из 5 парокомпрессионных тепловых насосов ПКТН-3000 с переменными температурами конденсации и постоянными температурами кипения.
На реальном промышленном объекте впервые в мире предлагается использовать для утилизации сбросного тепла градирен станции принципиально новые тепловые насосы (ТН) нового поколения.
Суммарная тепло производительность 5 ПКТН-3000 составила 17,545 Гкал/час.
Приведенный расчет пятиступенчатого теплового насоса является уникальным, так как термодинамический цикл, по которому работает этот пятиступенчатый ПКТН- 3000 (№ 1 - № 5) есть, ни что иное, как смоделированный треугольный цикл Лоренца.
Результаты расчета пятиступенчатого ПКТН-3000 подтверждают это утверждение. В частности, полученное при расчетах пятиступенчатого ПКТН-3000 (№ 1 - № 5) значение коэффициента преобразования (ф=8,3) является весьма высоким, что позволяет достигнуть экономической эффективности, превосходящей эффективность теплоснабжения от ТЭЦ, работающей в теплофикационном режиме.
1 Для подтверждения значительного превосходства ПКТН-3000 (№ 1 -№ 5), работающего по циклу, максимально приближенному к треугольному циклу Лоренца по сравнению с работой ПКТН-3000, работающей по обратному тепло насосному циклу Ренкина, в работе также проведен сравнительный расчет одноступенчатого ПКТН с тепловой мощностью, равной суммарной мощности 5 ПКТН-3000. Произведен расчет определения стоимости полученного тепло насосного тепла. Получено, что стоимость полученного тепло насосного тепла будет в 1,833 раза ниже стоимости тепла от ТЭЦ.
21—г " " "
Проведено исследование энергетической, экономической и экологической эффективности применения ТН нового поколения с использованием теплоты циркуляционных вод конденсаторов турбин действующей ТЭЦ г. Актобе.
ВЫВОДЫ
Таким образом, проведенные исследования подтвердили, что применение ТН нового поколения в схеме ТЭЦ с использованием в качестве источника низко потенциальной теплоты (ИНТ) воды из конденсаторов турбин с температурой до +35 0С, направляемой вместо градирен на испарители ТН, позволит обеспечить подачу в схему ТЭЦ воды с температурой до 80 0С и выше, обеспечить достаточно высокую эффективность (средний коэффициент преобразования энергии j =8,3).
Полученные результаты планируется использовать при разработке технико-экономического обоснования проекта внедрения ТН нового поколения на крупнейшей действующей ТЭЦ г. Актобе и проведении запланированных опытно-промышленных испытаниях ТНС (2017-2019 годы).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Соколовский, Е. И. Тепловые насосы. Принцип действия и сферы применения. // Экологические системы. - 2005. - №6. - С. 23-28.
2 Вишневский, Е. П. Особенности обеспечения эффективной работы пластинчатых теплообменников рекуперативного типа в суровых климатических условиях // С.О.К. - 2005. - № 1.
3 Попов, А. В. Анализ эффективности различных типов тепловых насосов. // Проблемы энергосбережения. - 2005. - №1- 2. С. 12-18.
4 Бум, Д. Рынок тепловых насосов в Европе. // VI конференция международного энергетичесткого Агенства по тепловым насосам. - Берлин, 1999. - С. 143-148.
5 Табунщиков, Ю. А., Бродач, М. М., Шилкин, Н. В. Энергоэффективные здания. - М. : Издательство АВОК-ПРЕСС, 2003. - 200 с.
Материал поступил в редакцию 11.05.16.
Р. М. Утениязов
Жылулык со|.^ылардын жаца буынын пайдалана отырып, бейдэстYрлi энергия кeздерi ретшде ЖЭО-да косымша жылу энергиясын eндiру Yшiн колданудыц келешеп
С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.
Материал 11.05.16 баспаFа тYстi.
R. M. Uteniyzov
Prospects of application of heat-pumps of new generation with the use of unconventional energy sources for production of additional thermal energy on CHP
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 11.05.16.
Бул макрлада автор жылулык сореылардыц жаца буынын пайдалана отырып, бейдэстYрлi энергия Kosdepiреттде ЖЭО-да косымша жылу энергиясын Q^ipy ушт крлдану келешектерт карастырады
In the given article, the author analyzes to prospects of application of heat-pumps of new generation with the use of unconventional energy sources for production of additional thermal energy on CHP.
