ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ ТЕПЛОНАСОСНОЙ УСТАНОВКИ НА ТЭЦ

В настоящее время эффективное использование топливно-энергетических ресурсов является важнейшим условием экономического развития страны. Проблема обеспечения растущих потребностей в топливно-энергетических ресурсах включает комплекс задач по поиску и разработке альтернативных источников энергии и внедрению рациональных способов сокращения расхода топлива.

Одним их эффективных мероприятий по экономии топлива, а также по защите окружающей среды, представляет широкое использование теплонасосных установок, преобразующих низкопотенциальную теплоту и тепловые отходы в теплоту более высокой температуры, пригодную для использования, в частности, для теплоснабжения [1]. В связи с возрастающими трудностями добычи и использования энергетических ресурсов за последние годы увеличились темпы развития производства и внедрения теплонасосных установок. Тем не менее в России ТНУ не получили широкого распространения из-за отсутствия достаточно проработанных и экономически обоснованных схем использования для утилизации низкопотенциального тепла от крупных энергоисточников. В связи с этим исследования в области использования теплонасосных установок для систем теплоснабжения промышленных тепловых электростанций является актуальной.

В данной статье для повышения эффективности работы энергоблока 6 МВт с теплофикационной турбиной АП-6-35/5 будет рассмотрен парокомпрессионный тепловой насос, для утилизации сбросной теплоты. Схема включения парокомпрессионного теплового насоса в состав ТЭЦ представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема включения парокомпрессионного теплового насоса в состав ТЭЦ

В качестве рабочего вещества в контуре теплового насоса был выбран хладагент R134а. Это гидрофторуглеродное соединение с термодинамическими свойствами, сравнимыми со свойствами хладагента R12, имеет нулевой озоноразрушающий потенциал и повсеместно считается лучшим заменителем хладагента R12. Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации [2].

Для проведения теплового расчета необходимо определить следующие показатели:

Температура кипения рассчитывается следующим образом:

Температура конденсации хладагента зависит от температуры теплоносителя на выходе из конденсатора:

1. Энтальпия фреона на выходе из компрессора:

2. Удельная внутренняя работа компрессора:

3. Удельный тепловой поток в испарителе:

4. Удельный тепловой поток в конденсаторе:

5. Тепловой баланс ТНУ:

6. Массовый расход рабочего агента:

7. Теплопроизводительность ТНУ:

8. Объемный расход рабочего агента:

9. Удельный расход энергии на единицу выработанного тепла:

10. Электрическая мощность компрессора:

11. Коэффициент трансформации ТН:

12. Средняя температура низкопотенциального источника тепла:

13. Средняя температура верхнего источника тепла по формуле (15):

14. Коэффициент работоспособности тепла:

15. Коэффициент работоспособности холода по формуле (16):

16. Эксергетический КПД теплового насоса:

Для оценки целесообразности внедрения теплонасосной установки был проведен сравнительный анализ показателей ТЭЦ до и после внедрения теплового насоса [3].

Найдем расход условного топлива на выработку тепловой и электрической энергии:

Рассчитаем КПД ТЭЦ, работающей в штатном режиме.

Изменение расхода отбора пара, при использовании ТНУ:

Рассчитаем КПД ТЭЦ, работающей с использованием ТНУ.

Анализируя полученные данные можно прийти к выводу о том, что применение ТНУ в составе ПТУ–ТЭЦ является эффективным и целесообразным. Использование теплонасосной установки приводит к приросту КПД, что в относительных единицах составляет 0,5%.

Учитывая постоянное истощение запасов природных ресурсов, а также их стоимость, применение компрессионных ТНУ для утилизации теплоты охлаждающей циркуляционной воды имеет смысл не только с технической, но и с экономической точки зрения.

Список литературы:

1. Луканин П.В. Технологические энергоносители предприятий (Низкотемпературные энергоносители): Учебное пособие/ ГОУВПО СПбГТУРП. СПб., 2009. 116 с.: ил.53.
2. КСИРОН холод. Техническая информация по холодильным агентам и хладоносителям: http://www.xiron.ru/content/view/6573/28/
3. Молодкина М.А. Повышение технико – экономических показателей парогазовых тепловых электростанций путем утилизации низкопотенциальной теплоты с помощью тепловых насосов // Санкт – Петербургский государственный политехнический университет. 2012.