CC BY
4
2. Патент на изобретение №2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров A.M. 10.09.2015 г.
3. Гафуров A.M., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Способ утилизации тепловых вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42.
4. Гафуров A.M., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования пропана C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
5. Mисбахов Р.Ш., Mизонов В.Е. Mоделирование кинетики застывания жидкой капли при охлаждении. // Mатематические методы в технике и технологиях - MMTT. - 2015. - № 6 (76). - С. 72-74.
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ТЕМПЕРАТУРОЙ 40°С В ВЕСЕННИЕ И ОСЕННИЕ ПЕРИОДЫ ВРЕМЕНИ
Рассматривается эффективный способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой 40°С для выработки электроэнергии в весенние и осенние периоды времени. Применение энергоустановки с контуром циркуляции на сжиженном пропане.
Ключевые слова: промышленные предприятия, утилизация тепловых отходов, тепловой двигатель.
Gatina R.Z.
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 40°С IN SPRING AND
AUTUMN TIME SPANS
The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a
temperature of 40°С for electricity production in spring and autumn time spans is considered. Application of power installation with a circulation contour on the liquefied propane.
Keywords: industrial enterprises, utilization of thermal waste, heat engine.
На промышленных предприятиях практически не находят применения тепловые потоки низкого потенциала с температурой меньше 80°С для жидких сред и температурой меньше 150°С для газообразных сред. 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) и отработанного пара низких параметров (до 143°С и 160,9 кг/ч), что имеет наибольшую ценность для создания технологии утилизации с целью экономии топливно-энергетических ресурсов [1].
Одним из возможных способов утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой 40°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). Работа теплового двигателя осуществляется по органическому циклу Ренкина (ОЦР), который охлаждается водными ресурсами окружающий среды с допустимой температурой 18°С в весенние и осенние периоды времени [2].
В сравнении тому, как тепловые отходы промышленности выступают в роли источника низкопотенциальной теплоты с температурой в 40°С, а окружающая среда является источником холода с температурой в 18°С. 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.
Рис. 1. Схема теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 по утилизации тепловых отходов промышленности.
Работа теплового двигателя (рис. 1) начинается с того, что сжиженный пропан С3Н8 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 40°С. Для того, чтобы осуществить процесс испарения сжиженного газа С3Н8 с расходом в 6,18 кг/с до температуры перегретого газа в 35°С необходимо подвести тепловой энергии примерно равной 2120 кДж/кг. На выходе из теплообменника-испарителя полученный перегретый газ С3Н8 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 27,63°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 18°С в весенние и осенние периоды времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 26°С направляют в конденсатный насос и цикл повторяется [3].
Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. Хладагент С3Н8 характеризуется мало
растворимостью в воде и низкой стоимостью. При использовании хладагента С3Н8 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 C3H8 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, обеспечивающий полезную выработку электроэнергии тепловым двигателем в 10,37 кВт составляет 22°С при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды. В этом случаи максимально возможная эксергетическая эффективность термодинамической системы рассматриваемой установки может достигать 9,1% при использовании в качестве рабочего тела - сжиженный пропан C3H8.
Использованные источники:
1. Утилизация вторичных энергоресурсов в нефтехимической промышленности. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http: //www.ateffekt.ru/publ/teploobmenniki/utilizacij a_vtorichnykh_ehnergoresur sov_v_neftekhimicheskoj_promyshlennosti/6-1 -0-95.
2. Патент на изобретение №2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.09.2015 г.
3. Гафуров А.М., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Способ утилизации тепловых вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42.
4. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования пропана C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
5. Мисбахов Р.Ш., Мизонов В.Е. Моделирование кинетики застывания жидкой капли при охлаждении. // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ. - 2015. - № 6 (76). - С. 72-74.
