Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 ноября, печатный экземпляр отправим 6 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Кадыров И. Н., Камилова Н. А., Шомуратова С. М. Использование теплонасосных установок (ТНУ) в промышленности // Молодой ученый. — 2017. — №24. — С. 152-155. — URL https://moluch.ru/archive/158/44699/ (дата обращения: 19.10.2019).



На сегодняшний день продукция нефтехимического комплекса Узбекистан высоко энерго- и материалоемка, а по затратам тепловой энергии занимает первые позиции в промышленности страны. Нефтехимические предприятия требуют около 4,1 % добываемого природного топлива и 7,6 % электроэнергии от всего потребляемого объема по стране. Решение проблемы снижения энергоемкости нефтехимических производств может заключаться в максимальном вовлечении побочных энергоресурсов предприятия в его общий.

Сэкономив одну единицу энергии на стадии потребления, можно добиться экономии от 3 до 15 эквивалентных единиц природного топлива на стадии добычи, то есть от 778,2 до 5508 тыс. т.у.т. в год [1]. Поэтому появляется потребность в эффективных энергосберегающих мероприятиях, направленных на утилизацию вторичных энергоресурсов (ВЭР). Выделяются следующие основные ВЭР нефтехимических производств:

– теплота охлаждаемых продуктов или полупродуктов производства;

– теплота, отведенная от охлаждаемых конструкций (компрессоров, печей и т. п.), в том числе теплота химических реакций, отведенная через элементы конструкций реакторов или водяные рубашки;

– теплота обратной сетевой воды или парового конденсата;

– теплота оборотной воды градирен;

– теплота отработавших газов котлов и печей.

Так как температура жидких теплоносителей редко превышает 150°С, а газообразных-350°С, то все вышеуказанные виды ВЭР относятся к низкопотенциальным. Такие ВЭР не соответствуют требованиям, выдвигаемым высокотемпературными технологиями крупнотоннажных нефтехимических производств и практически полностью сбрасываются в атмосферу. С целью повышения температурного потенциала ВЭР до необходимого уровня применяют теплонасосные установки (ТНУ).

Энергоустановки на базе ТНУ имеют следующие преимущества:

– снижение себестоимости вырабатываемой теплоты в отличие от топливосжигающих источников энергоресурсов;

– достижение экономии топливо-энергетических ресурсов;

– отсутствие или сокращение вредных выбросов, в том числе термического загрязнения окружающей среды;

– сокращение потерей при транспортировке, расходов на содержание и строительство теплотрасс по причине близкого расположения источника теплоты к потребителю.

В настоящее время на нефтехимических предприятиях стало возможным расширение области применения ТНУ за счет внедрения комбинированных ТНУ с отпуском от одной установки теплоносителей нескольких параметров.

Проанализируем термодинамическую и энергетическую эффективности трех видов ТНУ парокомпрессионного типа (во всех установках рабочим агентом является высокотемпературный фреон R133а).

  1. ТНУ многоцелевого назначения для отпуска теплоты на тепловые нужды отопления и горячего водоснабжения (рисунок 1).

Рис. 1. Схема теплового насоса, вырабатывающего теплоноситель двух уровней: КМ-компрессор; К-конденсатор; ДР-дроссельный вентиль;И-испаритель; СО-система отопления; СГВ-система горячеговодоснабжения; ТА-теплообменник

Данная типовая схема ТНУ позволяет получать в отопительный период теплоносители двух температурных уровней: t1=55–650С (нагрузка горячего водоснабжения) и t2=950С (отопительная нагрузка), а в летний период работает в режиме холодильной машины и отпускает захоложенную воду (хладоноситель) t=120С.

Принцип работы ТНУ на рисунке 1 установки состоит в следующем. В конденсатор поступают пары фреона, которые предварительно были сжаты в компрессоре. Там они охлаждаются и отдают теплоту воде. Вода, нагретая до t=950С, поступает в систему отопления. В теплообменнике охлажденные после конденсатора пары фреона доохлаждаются, а вода, нагретая до температуры t=650С, идет на нужды горячего водоснабжения (ГВС). Затем переохлажденный фреон, поступая в дроссельный вентиль, дросселируется до давления испарения и в жидком состоянии поступает в испаритель, в котором кипит за счет теплоты

ВЭР (t=400С).

Согласно анализу, использование такой ТНУ не может широко использоваться в нефтехимической отрасли из-за невысокой температуры получаемого теплоносителя; а из-за снижения нагрузки ГВС и отсутствием отопительной нагрузки в летний период использование теплоты конденсации фреона становится почти невозможным (в связи с тем, что в нефтехимической отрасли высока доля нагрузки по технологическому пару с температурой t=140–2000С, а включение данной ТНУ в систему покрывает с только нагрузку отопления и ГВС [2].

  1. ТНУ для комплексного тепло- и хладоснабжения (рисунок 2).

Рис. 2. Установка комплексного тепло- и хладоснабжения. Обозначения аналогичны приведенным на рисунке 1

Такая ТНУ предназначена для обеспечения производства охлажденной водой (t=120С), циркулирующей в замкнутой системе охлаждения от нагретых конструкций с одновременным получением горячей воды с температурой до 950С.

Принцип работы установки следующий. В конденсатор К поступают пары фреона, сжатые в компрессоре КМ, в котором они конденсируются. От конденсатора отводится вода с температурой t=950С. Влажные пары фреона после конденсатора дросселируется и направляются в испаритель И. за счет отводимой теплоты от нагретой воды в испарителе происходит процесс кипения хладагента, возвращаемой из системы охлаждения, охлаждая ее t=120С, а затем снова поступает на линию всасывания компрессора КМ.

Несмотря на возможность решить проблему тепловых нагрузок, связанных с сезонностью, данная установка также имеет множество недостатков как ТНУ на рис. 1 [3].

  1. Каскадная ТНУ для отпуска пара промышленных параметров с применением двух и более рабочих агентов с различными теплофизическими характеристиками (рисунок 3).

Рис. 3. Схема каскадной теплонасосной установки: ИКД-испарительно-конденсаторный аппарат. Обозначения аналогичны приведенным на рисунке 1

Структура каскадной ТНУ открытого типа предполагает наличие двух контуров, связанных между собой с помощью узла ИКД. Хладагент R133а циркулирует в нижней ветви, вода — в верхней. Испаряясь, фреон отбирает теплоту у вторичного источника теплоты с температурой около 400С, после чего в компрессоре Км1 происходит сжатие паров фреона, которые поступают в

ИКД с температурой 105–1100С. Охлаждаясь, они отдают теплоту питательной воде, после чего компрессором Км2 отсасывается водяной пар, а в нем температура повышается до 1500С. Пар с такой температурой и давлением 0,45МПа отправляется на технологические нужды потребителю, а затем в виде конденсата отработанный пар возвращается в систему возврата и сбора конденсата. Каскадная установка наиболее выгодна для нефтехимической промышленности, так как вырабатывает пар с подходящими параметрами (давление 0,45–0,6 Мпа).

Рассмотрим энергетическую и термодинамическую эффективности установок на 1000 кВт отпущенной теплоты и холода (таблица 1).

Таблица 1

Расчетные показатели энергетической итермодинамической эффективности установок

q0,кДж/кг

qкд,кДж/кг

lкм,кДж/кг

G, кг/час

Q0, кВт

B, т.у.т

Установка 1

Режим отопления (зимой)

194,6

253,82

55,09

5,15

4,6

800,82

32,96

Режим отопления (летом)

202,23

272,56

78,03

4,68

3,5

745,21

25,37

Установка 2

Комбинированная установка

202,23

272,56

78,03

4,68

3,5

745,21

25,37

Установка 3

Каскадная установка (вода/фреон R133a)

62,74

104,92

55,06

10,62

3,5

595,11

21,28

Принятые обозначения: q0-удельное количество тепла, подведенное в испарителе к хладагенту, кДж/кг; qкд-удельная тепловая нагрузка конденсатора, кДж/кг; lкм-удельная работа сжатия компрессора, кДж/кг; G-расход хладагента, кг/с; μ-коэффициент преобразования энергии; В-экономия топлива, т.у.т. Определяющий эффективность преобразования энергии коэффициент μ=qкд/lкм для первых двух установок выше, чем для

каскадной. Происходит это из-за разницы в температурных уровнях температуры ВЭР и температуры конденсации/испарения (с 40 до 950С)/(с 40 до120С). Преимущество каскадной ТНУ — возможность покрывать нагрузку на пар технологических параметров круглый год, что для нефтехимического предприятия является самым важным фактором. Выход ВЭР на таких предприятиях круглогодичен, а вследствие отсутствия необходимости в горячей воде в летний сезон использование установок 1 и 2 в такой период экономически нецелесообразно. Поэтому каскадные установки в нефтехимии наиболее эффективны.

Литература:

  1. Назмеев Ю. Г., Конахина И. А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. М.: Издательство МЭИ, 2001. 364 с.
  2. Мартынов А. В., Яворовский Ю. В. Использование вторичных энергоресурсов (ВЭР) на предприятиях химической промышленности // Химическая промышленность. 2000. № 4. С. 3.
  3. Везиришвили О. Ш., Меладзе Н. В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. М.: Издательство МЭИ, 1994. 79 с.
Основные термины (генерируются автоматически): установка, горячее водоснабжение, теплота, температура, пар фреона, отопительная нагрузка, нефтехимическая отрасль, летний период, каскадная установка, горячая вода.


Похожие статьи

Графики регулирования тепловой нагрузки централизованных...

центральное регулирование, горячее водоснабжение, температурный график, сетевая вода, система отопления, график, отопительный период, отопительный сезон, тепловая нагрузка, температура воды.

Выбор оптимального перепада температур в тепловых сетях...

К системам теплоснабжения, в основном, присоединены три вида тепловой нагрузки: отопление, горячее водоснабжение и

Для оптимизации расхода и температуры сетевой воды в тепловых сетях выбирается соответствующий метод регулирования.

Управление системой горячего водоснабжения зданий...

Наиболее производительной передачей тепла в системах горячего водоснабжения (ГВС) на сегодняшний день

Недостатком накопительного бака является периодическое обслуживание, промывание внутренней поверхности, габариты, затраты на покупку и установку [2, 3].

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Если установка не эксплуатируется длительный период (два-три дня и более), рекомендуется накрывать панель коллектора или

вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение, альтернативный источник тепла, тепловая трубка, абсорбер солнечного света.

Теплонасосная установка для утилизации теплоты оборотной...

Утилизация теплоты оборотной воды с помощью тепловых насосов для целей теплоснабжения является одним из эффективных энергосберегающих технических решений.

Система горячего водоснабжении с температурой 60÷65◦С, для получения которой в...

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Энергетика любой страны, является одной из базовых отраслей экономики.

Исследования проводились на экспериментальной установке (рисунок 1) при разных

Рис. 2. Зависимость температуры воды (tk), в конденсаторе от температуры низкопотенциального источника (tн).

Применение теплового насоса в Ленинградской области

В испарителе тепло передается хладагенту и жидкий хладагент обращается в пар.

При увеличение температуры воды, уменьшается эффективность ТН и его надежность.

Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения.

Анализ использования тепловой насосной установки...

В качестве низкопотенциальных источников могут использоваться теплота грунта, воды

Уже в 1998–2002 года был реализован проект теплового насоса для систем горячего водоснабжения (ГВС)

Установка применялась для подогрева водопроводной воды перед котлами районной...

Некоторые принципиальные тепловые схемы геотермального...

Геотермальная вода пар аллельно подается на отопление и горячее водоснабжение (рис. 1). После отопительных систем вода сбрасывается вблизи водозабора. Транзитная сеть имеет двухтрубную прокладку.

Графики регулирования тепловой нагрузки централизованных...

центральное регулирование, горячее водоснабжение, температурный график, сетевая вода, система отопления, график, отопительный период, отопительный сезон, тепловая нагрузка, температура воды.

Выбор оптимального перепада температур в тепловых сетях...

К системам теплоснабжения, в основном, присоединены три вида тепловой нагрузки: отопление, горячее водоснабжение и

Для оптимизации расхода и температуры сетевой воды в тепловых сетях выбирается соответствующий метод регулирования.

Управление системой горячего водоснабжения зданий...

Наиболее производительной передачей тепла в системах горячего водоснабжения (ГВС) на сегодняшний день

Недостатком накопительного бака является периодическое обслуживание, промывание внутренней поверхности, габариты, затраты на покупку и установку [2, 3].

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Если установка не эксплуатируется длительный период (два-три дня и более), рекомендуется накрывать панель коллектора или

вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение, альтернативный источник тепла, тепловая трубка, абсорбер солнечного света.

Теплонасосная установка для утилизации теплоты оборотной...

Утилизация теплоты оборотной воды с помощью тепловых насосов для целей теплоснабжения является одним из эффективных энергосберегающих технических решений.

Система горячего водоснабжении с температурой 60÷65◦С, для получения которой в...

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Энергетика любой страны, является одной из базовых отраслей экономики.

Исследования проводились на экспериментальной установке (рисунок 1) при разных

Рис. 2. Зависимость температуры воды (tk), в конденсаторе от температуры низкопотенциального источника (tн).

Применение теплового насоса в Ленинградской области

В испарителе тепло передается хладагенту и жидкий хладагент обращается в пар.

При увеличение температуры воды, уменьшается эффективность ТН и его надежность.

Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения.

Анализ использования тепловой насосной установки...

В качестве низкопотенциальных источников могут использоваться теплота грунта, воды

Уже в 1998–2002 года был реализован проект теплового насоса для систем горячего водоснабжения (ГВС)

Установка применялась для подогрева водопроводной воды перед котлами районной...

Некоторые принципиальные тепловые схемы геотермального...

Геотермальная вода пар аллельно подается на отопление и горячее водоснабжение (рис. 1). После отопительных систем вода сбрасывается вблизи водозабора. Транзитная сеть имеет двухтрубную прокладку.

Похожие статьи

Графики регулирования тепловой нагрузки централизованных...

центральное регулирование, горячее водоснабжение, температурный график, сетевая вода, система отопления, график, отопительный период, отопительный сезон, тепловая нагрузка, температура воды.

Выбор оптимального перепада температур в тепловых сетях...

К системам теплоснабжения, в основном, присоединены три вида тепловой нагрузки: отопление, горячее водоснабжение и

Для оптимизации расхода и температуры сетевой воды в тепловых сетях выбирается соответствующий метод регулирования.

Управление системой горячего водоснабжения зданий...

Наиболее производительной передачей тепла в системах горячего водоснабжения (ГВС) на сегодняшний день

Недостатком накопительного бака является периодическое обслуживание, промывание внутренней поверхности, габариты, затраты на покупку и установку [2, 3].

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Если установка не эксплуатируется длительный период (два-три дня и более), рекомендуется накрывать панель коллектора или

вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение, альтернативный источник тепла, тепловая трубка, абсорбер солнечного света.

Теплонасосная установка для утилизации теплоты оборотной...

Утилизация теплоты оборотной воды с помощью тепловых насосов для целей теплоснабжения является одним из эффективных энергосберегающих технических решений.

Система горячего водоснабжении с температурой 60÷65◦С, для получения которой в...

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Энергетика любой страны, является одной из базовых отраслей экономики.

Исследования проводились на экспериментальной установке (рисунок 1) при разных

Рис. 2. Зависимость температуры воды (tk), в конденсаторе от температуры низкопотенциального источника (tн).

Применение теплового насоса в Ленинградской области

В испарителе тепло передается хладагенту и жидкий хладагент обращается в пар.

При увеличение температуры воды, уменьшается эффективность ТН и его надежность.

Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения.

Анализ использования тепловой насосной установки...

В качестве низкопотенциальных источников могут использоваться теплота грунта, воды

Уже в 1998–2002 года был реализован проект теплового насоса для систем горячего водоснабжения (ГВС)

Установка применялась для подогрева водопроводной воды перед котлами районной...

Некоторые принципиальные тепловые схемы геотермального...

Геотермальная вода пар аллельно подается на отопление и горячее водоснабжение (рис. 1). После отопительных систем вода сбрасывается вблизи водозабора. Транзитная сеть имеет двухтрубную прокладку.

Графики регулирования тепловой нагрузки централизованных...

центральное регулирование, горячее водоснабжение, температурный график, сетевая вода, система отопления, график, отопительный период, отопительный сезон, тепловая нагрузка, температура воды.

Выбор оптимального перепада температур в тепловых сетях...

К системам теплоснабжения, в основном, присоединены три вида тепловой нагрузки: отопление, горячее водоснабжение и

Для оптимизации расхода и температуры сетевой воды в тепловых сетях выбирается соответствующий метод регулирования.

Управление системой горячего водоснабжения зданий...

Наиболее производительной передачей тепла в системах горячего водоснабжения (ГВС) на сегодняшний день

Недостатком накопительного бака является периодическое обслуживание, промывание внутренней поверхности, габариты, затраты на покупку и установку [2, 3].

Особенности применения вакуумных солнечных коллекторов...

Если установка не эксплуатируется длительный период (два-три дня и более), рекомендуется накрывать панель коллектора или

вакуумный солнечный коллектор, отопление, горячее водоснабжение, альтернативный источник тепла, тепловая трубка, абсорбер солнечного света.

Теплонасосная установка для утилизации теплоты оборотной...

Утилизация теплоты оборотной воды с помощью тепловых насосов для целей теплоснабжения является одним из эффективных энергосберегающих технических решений.

Система горячего водоснабжении с температурой 60÷65◦С, для получения которой в...

Эффективность работы теплового насоса при различных режимах

Энергетика любой страны, является одной из базовых отраслей экономики.

Исследования проводились на экспериментальной установке (рисунок 1) при разных

Рис. 2. Зависимость температуры воды (tk), в конденсаторе от температуры низкопотенциального источника (tн).

Применение теплового насоса в Ленинградской области

В испарителе тепло передается хладагенту и жидкий хладагент обращается в пар.

При увеличение температуры воды, уменьшается эффективность ТН и его надежность.

Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения.

Анализ использования тепловой насосной установки...

В качестве низкопотенциальных источников могут использоваться теплота грунта, воды

Уже в 1998–2002 года был реализован проект теплового насоса для систем горячего водоснабжения (ГВС)

Установка применялась для подогрева водопроводной воды перед котлами районной...

Некоторые принципиальные тепловые схемы геотермального...

Геотермальная вода пар аллельно подается на отопление и горячее водоснабжение (рис. 1). После отопительных систем вода сбрасывается вблизи водозабора. Транзитная сеть имеет двухтрубную прокладку.

Задать вопрос