ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается метод повышения эффективности котельного агрегата  ПТВМ-30 путём утилизации низкопотенциального тепла дымовых газов в когенерационной установке с использованием низкокипящего вещества и цикла Ренкина. Выполнен синтез  когенерационной установки  на  базе  ORC  контура с тепловой схемой котельной.

Ключевые слова: низкопотенциальная тепловая энергия, когенерация, цикл Ренкина, хладагент.

В условиях быстрого роста цен на органическое топливо энергосбережение является важным фактором снижения себестоимости продукции и повышения её конкурентоспособности.

Эффективность отопительных котельных зачастую не превышает 85 %, что связано с нерациональным использованием топлива. Потери тепла с уходящими газами занимают большую часть в тепловом балансе (8-9 % по отношению к низшей теплоте сгорания газа). Распространение получили процессы преобразования низкопотенциального тепла в электроэнергию с использованием паровых турбин, реализуемых цикл Ренкина с низкокипящими рабочими веществами (хладоны). Выработанная электроэнергия используется для собственных нужд котельной (т.е выработка электроэнергии для сетевого насоса, вентилятора, дымососа). Термодинамическая эффективность процесса преобразования энергии существенно зависит от выбора рабочего вещества и параметров цикла установки.

Эффективность работы когенерационной установки зависит от теплопроизводительности котла, которая непостоянна в течение отопительного периода, и температуры дымовых газов. Теплопроизводительность котла изменяется в зависимости о температуры наружного воздуха. Ниже дан график этой зависимости.                                         

Тепловая мощность котла при произвольной температуре наружного воздуха:

                                                               (1)

где  – расчётная тепловая нагрузка котла, МВт;

– внутренняя температура воздуха в помещении, ˚C;

– произвольная наружная температура воздуха,˚C;

– расчётная наружная температура воздуха, ˚C.

Рисунок 1. График продолжительности теплопроизводительности котла

На рис. 2 представлена зависимость температуры дымовых газов от теплопроизводительности котла, полученная в результате испытаний.Фактическая средняя температура наружного воздуха в отопительный период . В соответствии с графиком средняя температура дымовых газов 

Рисунок 2. Зависимость температуры дымовых газов от теплопроизводительности котла

Для энергетических установок, утилизирующих низкопотенциальную энергию, применяют низкокипящие рабочие тела (НРТ), которые имеют достаточно высокие давления насыщенных паров при низких температурах.

При выборе НРТ необходимо выполнять ряд требований: дешевизна рабочего тела, хорошие теплофизические свойства (максимум работы при минимальных параметрах), нетоксичность, отсутствие экологического воздействия на окружающую среду (озоновый слой, парниковый эффект).

  Таблица 1

Основные свойства хладонов

Для  реализации  цикла может  служить  хладон  R-134a,  который    имеет  подходящие  термодинамические свойства. Кроме этого он химически неактивен и безопасен, характеризуется нулевым озоноразрушающим потенциалом (ODP = 0) и невысоким потенциалом парникового эффекта (GWP = 1300), нетоксичен и взрывобезопасен. Хладон 134а является рабочим агентом для областей применения, в которых особое значение придается безопасности и постоянству эксплуатационных характеристик.

Рисунок 3. Схема включения когенерационной установки в тепловую схему котельной

Вывод. Результаты  исследования  показывают  что,  при  использовании  теплоты  уходящих газов  котла  типа  ПТВМ-30  возможна  выработка  электроэнергии  в  когенерационном силовом цикле для обеспечения собственных нужд отопительной котельной. Исходя из технико-экономических, термодинамических и экономических показателей выбрано низкокипящее рабочее тело. Изучив возможность работы теплоутилизационных установок на хладагентах, можно сделать вывод, что данные установки обладают хорошими потенциалом в области снижения расхода топлива и электроэнергии, а также повышения экологичности . Эффективность установки зависит от выбранных режимных параметров. Даже  при  относительно  низкой эффективности  ORC  контура,  его  применение позволяет  использовать  низкопотенциальное тепло  для  выработки  электроэнергии  без дополнительного  сжигания топлива.

Список литературы:

1. Бузников Е.Ф., Производственные и отопительные котельные/ Е.Ф. Бузников, К.Ф. Роддатис, Э.Я. Берзиньш.–2-е изд., перераб.–М.:Энергоатомиздат, 1984 – с.248.
2. Голубев И.Ф., Теплофизические свойства аммиака /Голубев И. Ф., Кияшова В. П., Перельштейн И. И., Парушин Е. Б.//
   
   ГСССД, М.: Изд-во стандартов, 1978г. - 264 с
3. Пятничко, В. А. Утилизация низкопотенциального тепла для производства электроэнергии с использованием пентана в качестве рабочего тела / В. А. Пятничко, Т.  К.  Крушневич,  А.  И.  Пятничко // Экотехнологии  и  ресурсосбережение. –  2003. – № 4. – С. 3–6
4. Редько А.А. Выбор рабочего вещества для когенерационного силового контура котельного агрегата / А.А. Редько, С.В. Павловский // Энергетика и электрификация. – 2012. – № 2. – С. 24–27.
5. Редько А.А. Методы повышения эффективности систем геотермального теплоснабжения. – Макеевка: ДонНАСА, 2010. – 302 с.
6. Сафонов А. П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям: Учеб. пособие для вузов.—3-е изд., перераб.— М.: Энергоатомиздат, 1985.—232 с.
7. Шварц Г.В. Утилизационные энергетические установки с органическими теплоносителями / Г.В. Шварц, С.В. Голубев, Б.П. Левыкин [и др.]. // Газовая промышленность. – 2000. – № 6. –с. 14–18.