CC BY
4
уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения).
Использованные источники:
1. Гафуров A.M. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
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. 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
Гафуров А.М.
инженер I категории УНИР, ФГБОУ ВО «КГЭУ»
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Россия, г. Казань ВЫБОР НИЗКОКИПЯЩЕГО РАБОЧЕГО ТЕЛА ПО ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕПЛОВОМ ДВИГАТЕЛЕ В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР ОТ 80°С ДО МИНУС 55°С Рассматривается методика выбора оптимального низкокипящего рабочего тела по термодинамическим показателям для использования в тепловом двигателе в области температур от 80°С до минус 55°С на примере C3H8 и СО2.
Ключевые слова: низкокипящее рабочее тело, тепловой двигатель, утилизация тепловых отходов.
Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Gatina R.Z.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Russia, Kazan
THE CHOICE OF THE LOW-BOILING WORKING FLUID ON THERMODYNAMIC INDICATORS FOR USE IN THE HEAT ENGINE IN THE FIELD OF TEMPERATURES FROM 80°C TO MINUS 55°C
The technique of the choice of the optimum low-boiling working fluid on
thermodynamic indicators for use in the heat engine in the field of temperatures from 80°C to minus 55°C on the example of C3H8 and СО2 is considered.
Keywords: the low-boiling working fluid, the heat engine, utilization of thermal waste.
В настоящее время низкокипящие рабочие тела (НРТ) находят широкое применение в тепловых двигателях по утилизации низко- и среднепотенциальной теплоты на уровне 80-160°С с выработкой электроэнергии, что в основном применимо для геотермальной энергетики.
Однако большинство широко известных НРТ (пентан, бутан, R245fa, R123 и др.) мало пригодны для осуществления термодинамического цикла Ренкина при более низких температурах, что связанно с ограничением по температуре насыщения НРТ при отрицательных температурах окружающей среды и атмосферном давлении. Поэтому поиск новых решений в осуществлении низкотемпературных термодинамических циклов позволит в будущем эффективно утилизировать тепловые отходы промышленности с температурой ниже 80°С для выработки электроэнергии. Так как для промышленных предприятий сбросная низкопотенциальная теплота с температурой ниже 80°С является не востребованной и наиболее простым способом избавления от этой теплоты является выброс ее в окружающую среду, что зачастую приводить к изменениям биотического компонента экосистемы [1].
Тепловой двигатель на НРТ состоит из четырех основных элементов -насос, теплообменник-испаритель, турбодетандер и теплообменник-конденсатор. Несмотря на различия в конструкциях, эти ключевые элементы образуют основу для эффективной работы и реализации процессов теплового контура органического цикла Ренкина (ОЦР). В четырех основных элементах происходит характерное изменение свойств рабочего тела, где эффективность цикла может быть определено, зная температуру подведенной теплоты от источника и отведенной теплоты из цикла [2].
Предлагается методика выбора НРТ по термодинамическим показателям для осуществления ОЦР в температурном диапазоне от 80°С до минус 55°С:
1) Значения критической температуры НРТ должны быть в интервале от 30°С до 50°С, чтобы обеспечить эффективный отбор теплоты в процессе его нагрева до критических параметров;
2) Значения критического давления НРТ должны быть в интервале от 3 МПа до 5 МПа, чтобы обеспечить приемлемые давления контура циркуляции и затраты на его сжатие;
3) Значения температуры тройной точки НРТ должны быть ниже минус 50°С, чтобы избежать замерзания во всем интервале рабочих температур в зимний период времени;
4) Значения давления тройной точки НРТ должны быть не менее 0,1 МПа, чтобы избежать проблемы создания вакуума и обеспечения прочности,
и герметичности трубопроводов и арматуры.
Рассмотрим низкокипящие рабочие тела, которые в наибольшей степени могли бы соответствовать указанным термодинамическим показателям на примере сжиженного углекислого газа СО2 и пропана С3Н8 (табл. 1) [3].
Диоксид углерода С02 ^744) все шире используется в холодильных установках, при этом не имеет цвета, запаха и тяжелее воздуха. Использование СО2 наиболее перспективно не только из-за его простоты получения, но и вследствие того, что применение СО2 в различных агрегатных состояниях, такие как газ, жидкость или твердое вещество, способствует решению различных технологических задач. Обезвоженный диоксид углерода как жидкий, так и газообразный не коррозирует металлы.
Пропан С3Н8 (Я290) 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 С3Н8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбины и конденсатного насоса
Таблица 1
Сравнение термодинамических показателей НРТ_
Значение параметра, размерность СО2 C3H8 Преимущества
Критическая температура, °С 31 96,7 СО2
Критическое давление, МПа 7,3773 4,2512 C3H8
Температура тройной точки, °С -56,56 -187,6 C3H8
Давление тройной точки, МПа 0,518 1,7*10-10 СО2
В действительности, при выборе оптимального НРТ наблюдается практика соблюдения разумного компромисса между противоречивыми характеристиками НРТ.
Температурный диапазон использования сжиженного газа СО2 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре ОЦР ограничивается показателями критической температуры в 31°С и температурой в тройной точке минус 56,56°С. Поэтому использование сжиженного газа СО2 в температурном диапазоне от 60°С до минус 55°С позволит обеспечить приемлемые давления контура циркуляции теплового двигателя и затраты на его сжатие.
Температурный диапазон использования сжиженного газа C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре ОЦР
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 [4].
Наиболее перспективным можно считать возможность синтезирования новых веществ, которые, к примеру, могли бы обладать свойствами характерные углекислому газу СО2, но при этом иметь низкие давления насыщенных паров.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Возможности использования органического цикла Ренкина для утилизации низкопотенциальной теплоты. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2014. - №2 (21). - С. 2025.
2. Патент на изобретение №2552481 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.06.2015 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. 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.
УДК 62-176.2
Гафуров А.М.
инженер I категории УНИР, ФГБОУ ВО «КГЭУ»
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Россия, г. Казань ВЫБОР НИЗКОКИПЯЩЕГО РАБОЧЕГО ТЕЛА ПО ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕПЛОВОМ ДВИГАТЕЛЕ В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР ОТ 80°С ДО
МИНУС 55°С
Рассматривается методика выбора оптимального низкокипящего рабочего тела по теплофизическим показателям для использования в тепловом двигателе в области температур от 80°С до минус 55°С на примере C3H8 и СО2.
Ключевые слова: низкокипящее рабочее тело, тепловой двигатель, утилизация тепловых отходов.
