Funcționare combinată a cazanului și a sistemului de recuperare a căldurii multiple. Mare enciclopedie a petrolului și gazelor
Pagina 1
Utilizarea energiei termice la temperaturi scăzute în condensatoarele instalațiilor de abur și schimbătoarele de căldură instalatii de gaze poate fi considerată în principiu drept unul dintre posibilele domenii de aplicare a termoelectricităţii.
Utilizarea energiei termice a gazelor de evacuare din casele de cazane, centralele diesel și turbine cu gaz, regenerarea energiei termice a acestora din urmă, producerea apei încălzite în boilerele de contact, răcirea evaporativă și desalinizarea higroscopică a apei, tratarea aerului cu căldură și umiditate și purificarea gazelor umede - aceasta nu este o zonă completă de aplicare a dispozitivelor de contact. Acest lucru se explică, în primul rând, prin simplitatea proiectării lor și prin consumul nesemnificativ de metal în comparație cu schimbătoarele de căldură de suprafață recuperatoare și prin posibilitatea de fabricație din materiale nemetalice; în al doilea rând, prin creșterea eficienței instalațiilor datorită utilizării mai complete a energiei termice, posibilitatea de îmbunătățire a parametrilor ciclului termodinamic, reglarea debitului fluidului de lucru, răcirea internă sau încălzirea instalației; în al treilea rând, - posibilitatea creării de noi instalaţii şi a acestora sisteme tehnice, asigurand reducerea consumului de combustibil, apa, materiale, cresterea puterii si productivitatii, imbunatatirea conditiilor de munca si reducerea poluarii mediu inconjurator. Posibilitățile de utilizare a proceselor de transfer de căldură și masă în dispozitivele de contact ale instalațiilor care utilizează energie și căldură nu au fost încă dezvăluite pe deplin. Acest lucru este facilitat de abordarea pur empirică existentă a calculului, care nu permite identificarea conexiunii interne fenomene fizice V procese complexe transferul de căldură și masă, reflectă această relație în dependențe calculate și folosește-o în activități practice.
Instalația este concepută pentru a utiliza energia termică a aburului rezidual (usat) de la autoclave în producția existentă de cărămizi nisipo-var. Tratarea în autoclavă a cărămizilor brute cu abur de apă saturată este etapa finală în producția de cărămizi nisipo-var, consumând o cantitate semnificativă de resurse energetice. În acest sens, problema asigurării unei utilizări mai complete a energiei termice a aburului evacuat după autoclave și a recuperării condensului rezultat este o sarcină urgentă.
Cele mai comune scheme de reciclare a energiei termice a gazelor de eșapament de la motoarele cu piston includ echipamente pentru producerea aburului cu o presiune de până la 15 kg/cm, sau apa fierbinte cu temperaturi de până la 100 C, sau utilizarea directă a căldurii gazelor reziduale în procesele de uscare.
Acest lucru a făcut posibilă dublarea aproximativă a utilizării energiei termice și aducerea acesteia la 22 milioane Gcal în 1985. Reconstrucția unităților de schimb de căldură la 12 instalații primare de rafinare a petrolului și modernizarea cuptoarelor de proces au făcut posibilă economisirea a aproape 1 milion de tone. de echivalent combustibil în al unsprezecelea plan cincinal. Datorită utilizării unor cantități suplimentare de gaz de rafinărie ca combustibil, care în prezent este arse în rachete, precum și introducerii a 450 de dispozitive avansate de încălzire a aerului, s-au economisit 0,5 milioane de tone de combustibil standard. În anii celui de-al unsprezecelea plan cincinal, industria a economisit aproximativ 900 de milioane de kWh de energie electrică și 18 milioane de tone de combustibil standard.
Aceste blocuri (Fig. 3.49) sunt proiectate să utilizeze energie termică de grad scăzut din emisiile de ventilație datorate convecției în blocurile schimbătoare de căldură folosind soluții apoase de glicol și etilenglicol de diferite concentrații ca agent de răcire.
Alături de avantaje, metoda de ardere a nămolului petrolier are o serie de dezavantaje, dintre care principalele sunt dificultatea de utilizare a energiei termice, volumul echipamentului și poluarea aerului, care nu ne permit întotdeauna să concluzionam că utilizarea a acestei metode este inadecvată.
Schema de instalare descrisă pentru utilizarea căldurii reziduale aburului și recuperarea condensului face posibilă utilizarea completă și foarte eficientă a energiei termice a aburului rezidual și returnarea condensului rezultat pentru reutilizare atât în procesul tehnologic, cât și într-un sistem închis de alimentare cu apă pentru a obține abur saturat la centrala de cazane.
Efectuarea procesului tehnologic la instalații deosebit de complexe a diferitelor sisteme de ardere separată și simultană a deșeurilor lichide, solide și gazoase producție chimică, legată tehnologic de utilizarea energiei termice și care funcționează cu combustibil solid, lichid sau gazos.
Efectuarea procesului tehnologic de ardere a gazelor reziduale, gaz natural, ape uzate industriale, mai rămâne și deșeuri solideîn cuptoare de ardere de diferite modele cu conducerea simultană a operatorilor cu calificare redusă, precum și întreținerea instalațiilor complexe ale diverselor sisteme de ardere a deșeurilor lichide, gazoase sau solide din industriile chimice care nu au legătură tehnologic cu utilizarea energiei termice sau materii prime chimice.
Există o concepție greșită că utilizarea căldură de grad scăzut această sursă este de puțin folos. În același timp, utilizarea energiei termice a fracțiilor distilate cu abur ar reduce semnificativ consumul de apă circulantă (sau cu flux direct), precum și puterea termică a cuptoarelor. Dacă doar 50% din căldura îndepărtată în condensatoare și frigidere este folosită pentru preîncălzirea materiilor prime, atunci uleiul cu o temperatură inițială de 10 C poate fi încălzit la 82 C.
Încălzirea uleiului rece de Tyumen, selectat la unitatea de cap într-una dintre regiunile Tatarstanului, și transportul său ulterior în 10 - 180 de minute. Rezultă că desalinizarea uleiului de Tyumen în parametrii de funcționare slabi poate fi efectuată în drumul său către rafinărie și în cazurile în care efectul de autoîncălzire a petrolului în timpul transportului este eliminat, dar există rezerve de energie termică de utilizat.
În acest caz, nu doar aerul este poluat, ci și energia termică generată nu este folosită. O serie de experți consideră că aceasta poate fi justificată numai dacă se combină recuperarea energiei termice și purificarea gazelor reziduale. Acest proces are loc la stațiile (fabricii) de incinerare a deșeurilor care au abur sau cazane de apa calda cu focare speciale. Temperatura din focar trebuie să fie de cel puțin 1000 C, astfel încât toate impuritățile urât mirositoare să se ard. Cu toate acestea, înainte de a fi eliberate în atmosferă, gazele trebuie purificate, de exemplu folosind filtre electrice.
Din punct de vedere practic, trebuie remarcat faptul că, dacă se cunoaște stadiul final al tehnologiei de prelucrare și eliminare a software-ului, atunci acestea ar trebui clasificate pe baza în primul rând pe această tehnologie. Etapa finală de neutralizare a majorității deșeurilor urbane nereciclabile (cu excepția celor deosebit de toxice, precum și a deșeurilor inerte de construcții etc.) este în prezent incinerarea. Acest lucru este confirmat de experiența de neutralizare centralizată a software-ului în țări precum Danemarca, Finlanda, Germania, Suedia etc. Cu această tehnologie, este important să grupăm toate deșeurile, astfel încât să curgă organic într-unul sau altul lanț tehnologic care să conducă la scopul suprem- - neutralizarea termica a deseurilor cu utilizarea energiei termice si altele produse sanatoase. Pe baza acesteia, este necesar să se facă distincția între deșeurile combustibile și cele necombustibile, în cadrul cărora, la rândul lor, există și diferențe de proprietăți, stare de fază, metode de prelucrare etc. Separat, este necesar să se evidențieze deșeurile care se pot neutraliza reciproc sau pot servi, de exemplu, ca reactivi pentru procesarea emergente. Ape uzate. Deșeurile care conțin componente deosebit de utile, cum ar fi metalele neferoase, trebuie separate și prelucrate separat, astfel încât produsul final să nu se amestece cu nămoluri mai puțin valoroase. Este necesar să se determine echilibrul termic între deșeurile combustibile și cele necombustibile, cererea internă de căldură a stației centralizate de eliminare, nevoia de combustibil suplimentar sau volumul și modalitățile de utilizare a căldurii în exces. Aceasta ar trebui să determine natura chestionarelor sau formularelor pentru contabilizarea deșeurilor unică.
Ecologia consumului. Tehnologie: Căldura este adesea văzută ca o risipă, ceea ce îi face pe oameni să se întrebe cum este această cantitate uriașă căldură irosită poate fi transformat într-o sursă de energie electrică.
Datorită industrializării rapide, lumea a văzut dezvoltarea unei game de tehnologii care generează căldură reziduală. Până acum, această căldură este adesea considerată deșeu, ceea ce îi face pe oameni să se întrebe cum această cantitate uriașă de căldură reziduală poate fi transformată într-o sursă de energie electrică. Acum, pe măsură ce fizicienii de la Universitatea de Stat din Arizona găsesc noi modalități de a genera energie din căldură, acel vis devine de fapt realitate.
Grupul de cercetare al Universității de Stat din Arizona:
Profesorul de fizică Charles Stafford este director grup de cercetare, iar el și echipa sa au lucrat pentru a transforma deșeurile în energie. Rezultatul muncii lor a fost publicat în jurnal stiintific ACS Nano.
Omul de știință din Arizona College of Optical Sciences și doctorand Justin Bergfield împărtășește opinia că „termoelectricitatea poate converti căldura direct în energie electrica un dispozitiv fără piese mobile. Colegii noștri din domeniu spun că sunt încrezători că dispozitivul pentru care am dezvoltat un model computerizat poate fi construit cu caracteristicile pe care le vedem în simulările noastre.”
Avantaje:
Eliminarea materialelor care epuizează stratul de ozon: Utilizarea căldurii reziduale ca formă de electricitate are mai multe avantaje. Trebuie avut în vedere că, pe de o parte, modelul teoretic al unui dispozitiv termoelectric molecular va ajuta la îmbunătățirea eficienței mașinilor, centralelor electrice, fabricilor și panourilor solare și, pe de altă parte, că materialele termoelectrice precum clorofluorocarburile ( CFC-urile), care epuizează stratul de ozon, sunt învechite.
Design mai eficient:
Liderul echipei de cercetare Charles Stafford speră la un rezultat pozitiv. El se așteaptă ca designul dispozitivului lor termoelectric să fie de 100 de ori mai bun decât eforturile anterioare. Dacă designul pe care el și echipa sa l-au realizat chiar funcționează, atunci visul tuturor acelor ingineri care doreau să genereze energie din deșeuri, dar nu aveau dispozitivul eficient și economic necesar pentru aceasta, se va împlini.
Nu este nevoie de mecanisme:
Dispozitivul de conversie termică inventat de Bergfield și Stafford nu necesită nicio mașină sau să distrugă stratul de ozon. substanțe chimice, așa cum a fost cazul frigiderelor și turbinelor cu abur, care erau folosite anterior pentru a transforma deșeurile în energie electrică. Acum această muncă este efectuată de un strat de polimer asemănător cauciucului care este intercalat între două metale și acționează ca un electrod. Dispozitivele termoelectrice sunt autonome, nu necesită procese cu motor și sunt ușor de fabricat și întreținut.
Eliminarea deșeurilor energetice:
Energia este generată în principal de mașini și industrie. Auto și deșeuri industriale ar putea fi folosit pentru a genera electricitate prin acoperirea țevilor de evacuare cu un strat subțire de material dezvoltat. De asemenea, fizicienii au decis să folosească legea fizică cuantică, care, însă, nu este folosit foarte des, dar dă rezultate excelente când vine vorba de generarea energiei din deșeuri.
Avantaje în comparație cu energia solară:
Dispozitivele termoelectrice moleculare ar putea ajuta la generarea energiei solare și la reducerea dependenței de celulele solare cu eficiență scăzută
Cum functioneaza:
Lucrând cu moleculele și întrebându-se cum să le folosească pentru un dispozitiv termoelectric, Bergfield și Stafford nu au găsit nimic special până când un student a descoperit că aceste molecule au o funcție specială. Un număr mare de molecule au fost plasate între electrozi și expuse la o sursă de căldură stimulatoare. Fluxul de electroni de-a lungul moleculelor a fost împărțit în două părți: prima parte a fluxului s-a ciocnit cu inelul benzenic, iar a doua cu fluxul de electroni de-a lungul fiecărei ramuri ulterioare a inelului.
Circuitul inelului benzenic a fost proiectat în așa fel încât electronul se deplasează pe o distanță mai mare în jurul cercului, ceea ce face ca doi electroni să cadă din inel, ajungând unul la altul în fază pe cealaltă parte a inelului benzenic. Undele se anulează reciproc la joncțiune și decalajul în flux incarcare electrica cauzată de diferența de temperatură creează o tensiune între electrozi.
Dispozitivele termoelectrice dezvoltate de Bergfield și Stafford pot genera suficientă putere pentru a aprinde un bec de 100 de wați sau pentru a crește eficiența unei mașini cu 25%.
Iernile în Rusia sunt aspre și, prin urmare, încă una a fost adăugată pe lista „semnelor oamenilor” în epoca industrializării: dacă drenajul „plutește”, flanșa curge, înseamnă că sistemele tehnologice funcționează și nu sunt înghețate. Dacă nu, atunci, așa cum se spune, „este o mare problemă” - va trebui să încălziți sistemul și să faceți față cu glazura. În secolul actual, sunt disponibile abordări mult mai eficiente pentru asigurarea performanței energiei termice și a sistemelor tehnologice, dar obiceiul de a fi indulgent în ceea ce privește scurgerile cu abur și flanșele cu scurgeri rămâne.
Între timp, în această „ceață de energie termică” banii dispar fără urmă - banii care au fost cheltuiți pentru generarea de căldură. Într-o perioadă în care tarifele la combustibil și apă cresc constant, o astfel de neglijare a resurselor energetice este o oportunitate ratată în lupta pentru o producție eficientă.
Pe lângă steam, resursele secundare includ și alte medii procese tehnologice, cum ar fi condensul de abur după echipamentul de proces și apa de răcire. În 8 cazuri din 10, în practica mea (NPT), nu este folosit în niciun fel la întreprinderi, ci necesită doar costuri suplimentare de eliminare.
Despre cum să transformați căldura de calitate scăzută în sursă suplimentară economii - acest articol.
Căldură scăzută: unde să te uiți și cum să o folosești
În industrie, resursele energetice cu potențial scăzut sunt de obicei clasificate drept resurse energetice secundare, care sunt lichide cu o temperatură mai mică de 100°C și gaze cu o temperatură sub 300°C. În practică, limita superioară de temperatură pentru un anumit consumator poate fi luată drept temperatura sursei, ceea ce permite folosirea căldurii acesteia în scopuri utile folosind dispozitive simple, cunoscute și relativ ieftine - schimbătoare de căldură. Limita inferioară de temperatură a surselor NHP poate părea surprinzătoare, dar pompele de căldură cu compresie moderne pot extrage căldură din aerul atmosferic V timp de iarna până la temperaturi de -30°C. Nu este deloc „cald”, dar poate fi folosit pentru încălzirea clădirilor rezidențiale și chiar în scopuri industriale (de exemplu, încălzirea site-urilor industriale îndepărtate care au o sursă de energie fiabilă și probleme de încălzire). Intervalele de temperatură pentru utilizarea căldurii de grad scăzut sunt prezentate în Figura 1.
Figura 1. Un exemplu de organizare a unei scheme de reducere a presiunii în trepte și de utilizare a câțiva parametri diferiți.
Pe întreprindere industrială sursele de NPT sunt „obișnuite”, caracteristice aproape oricărei producții (căldura apelor uzate industriale, aburul rezidual al unităților tehnologice, căldura condensului de abur după echipamentul tehnologic sau intrarea în condensatoarele motoarelor termice cu o acționare turbo, căldură care este transferată către sistem de alimentare cu apă circulantă ca urmare a echipamentelor de răcire și de obicei evacuată în atmosferă prin turnuri de răcire sau direct în iazuri de răcire) și „specific”, caracteristic întreprinderilor dintr-o anumită industrie sau regiune. Astfel, întreprinderile petrochimice și de prelucrare a gazelor, de exemplu, se caracterizează prin pierderi de gaze de ardere reziduale din cuptoarele de proces; abur rezidual din coloanele de distilare, sisteme de vid, încălzitoare; și căldura fluxurilor de produs.
Cum să folosești această căldură? Totul depinde de nevoile și sarcinile pe care le aveți în întreprinderea dvs. Există multe opțiuni:
- utilizat pentru încălzire, încălzire a apei pentru alimentarea sistemelor tehnologice sau dezaerarea prealabilă a acesteia;
- returnarea NPT la ciclul tehnologic și reutilizarea acestuia în procesele tehnologice;
- utilizarea pentru furnizarea de căldură a instalațiilor îndepărtate de surse de combustibil ieftin;
- primiți energie electrică pentru a reduce costul achiziționării acesteia de la un furnizor terț sau pentru a rezerva energie pentru propriile nevoi.
Rezultate:
- reducerea costurilor cu combustibilul și, în consecință, generarea primară de căldură sau electricitate;
- reducerea costului de achiziție a apei pentru alimentarea ciclurilor tehnologice, prelucrarea acesteia în sisteme de tratare a apei și încălzirea acesteia la temperaturile cerute de cerințele tehnologice;
- reducerea costurilor pentru apa de completare din alimentarea cu apă reciclată (se evaporă în turnurile de răcire);
- reducerea emisiilor de CO 2 și oxizi de azot prin reducerea cantității de combustibil ars.
Solutii tehnice
În prezent, există mai multe tehnologii fundamentale pentru .
Unități cu pompă de căldură (HPU)
În funcție de principiul de funcționare, pompele de căldură sunt împărțite în compresie și absorbție. Pompele de căldură prin compresie sunt întotdeauna acționate de energie mecanică (electricitate), în timp ce pompele de căldură cu absorbție folosesc surse de căldură cu potențial mai mare: apă caldă, abur, gaze reziduale, arderea directă a combustibilului pentru extragerea NHP.
Motoare termice prin compresie (CHE) în modul de funcționare
pompe de abur (HPU)
Figura 2. Principiul de funcționare al unei pompe de compresie
Principiul de funcționare al CHP se bazează pe capacitatea unui agent frigorific la temperatură joasă, atunci când fierbe în condiții de presiune scăzută, de a elimina căldura dintr-o sursă de căldură la temperatură joasă. Intervalul de temperatură de funcționare este selectat prin selectarea unui anumit fluid de lucru și a unui interval de presiune de lucru. Pentru instalatii industriale speciale se pot obtine temperaturi maxime de circa 120÷140°C folosind scheme de racordare “in cascada” si agenti frigorifici corespunzatori. Separa direcție promițătoare- HPI la temperatură înaltă folosind CO 2 cu parametri supercritici.
Motoare termice cu absorbție în modul de funcționare a pompei de căldură (ABHP)
Principiul de funcționare al ABTN se bazează pe capacitatea soluției absorbante de a absorbi vaporii de apă având mai mult temperatura scazuta decât soluția.
Cele mai utilizate sunt motoarele termice cu absorbție care folosesc o soluție de bromură de litiu (LiBr) ca absorbant. Unitățile asigură încălzirea apei la temperaturi de 60-90°C.
Astfel de instalații pot fi utilizate în modul mașină frigorifică (ABHM), asigurând răcirea apei (de exemplu, apa de proces) la temperaturi de 5-15 ° C, indiferent de temperatura ambiantă.
Figura 3. Principiul de funcționare al ABTM
Instalații care utilizează ciclul ORC pentru a genera energie electrică
Acasă trăsătură distinctivă instalații bazate pe ciclul organic Rankine (ORC) - utilizarea unei substanțe organice de lucru în locul vaporilor de apă. Acest lucru crește eficiența generală a ciclului termic la puteri scăzute și la temperaturi scăzute ale sursei de căldură în comparație cu ciclul clasic de abur, începând cu punctul de fierbere. materie organică mai puțin decât cel al apei, iar pe de altă parte, limitează utilizarea acestora la puteri medii și mari.
Interesul pentru instalațiile cu ORC a crescut semnificativ odată cu dezvoltarea surselor de energie care utilizează combustibili netradiționali (deșeuri lemnoase, biocombustibili), întrucât la arderea acestora este dificil să se asigure parametrii lichidului de răcire la ieșirea din instalație care să permită utilizarea eficientă a unui ciclu convențional abur-apă.
Diagrama 1. Regiune aplicare eficientă instalatii cu ciclu ORC
În prezent, ca parte a îmbunătățirii eficienței energetice a întreprinderilor din industria petrochimică și a altora care utilizează tehnologii cu abur de diferiți parametri, se realizează modernizarea prin înlocuirea unităților de reducere-răcire (RCU) cu turbine de contrapresiune. În acest caz, ca limită inferioară de reducere se utilizează abur cu o presiune adecvată pentru furnizarea de căldură. Cu toate acestea, consumul de energie termică pentru încălzire este natura sezonierăși limitează capacitățile de generare a energiei ale turbinelor cu contrapresiune, reducând eficiența economică. Utilizarea instalațiilor ORC ne-ar permite să evităm denivelările sezoniere și să servească drept suport suplimentar pentru alimentarea cu energie pentru propriile nevoi.
ÎN În ultima vreme Tehnologiile de mai sus sunt din ce în ce mai folosite în diferite combinații între ele. De exemplu, cogenerarea este conectarea instalațiilor de producere a energiei electrice, inclusiv a celor cu ciclu ORC, și a echipamentelor pentru producerea de energie termică a parametrilor solicitați de consumator prin utilizarea căldurii de calitate scăzută.
Dacă un motor termic ca parte a unei instalații de alimentare autonomă este proiectat să funcționeze atât în modul pompă de căldură, cât și în modul „frigider”, sistemul de generare a energiei electrice este transformat într-un sistem de trigenerare pentru a produce energie electrică ieftină, energie termică și frig.
Sisteme de colectare și returnare a condensului în fabricile de producție
Energia termică conținută în condensatul de abur după utilizarea acestuia în lanțurile tehnologice ale întreprinderii trebuie returnată pe cât posibil pentru utilizare ulterioară. În același timp, condensul în sine este o sursă excelentă pentru alimentarea circuitelor de procesare cu abur ale instalațiilor producătoare de energie, reducând nevoia de preparare suplimentară a apei.
Sarcini principale în proiectarea și exploatarea sistemelor de recuperare a căldurii de calitate scăzută
Conectarea surselor disponibile de NPT și a consumatorilor, a opțiunilor de utilizare a acestora, ținând cont de nevoile unei anumite întreprinderi, asigurând în același timp eficiența economică a proiectului este o sarcină de inginerie complexă. Pentru a rezolva această problemă, dezvoltarea unui sistem de reciclare ar trebui să includă următorii pași:
- efectuarea unui studiu înainte de proiect al sistemului energetic (colectarea datelor și compilarea bilanțurilor energetice, sondaj instrumental),
- modelarea proceselor tehnologice ale instalațiilor, a căror funcționare duce la pierderi maxime de energie (modelare matematică, analiză prin prindere),
- analiza limitărilor resurselor la utilizarea NTP, dezvoltarea opțiunilor și selectarea soluțiilor optime,
- analiza limitărilor economice la utilizarea NPT în condițiile unei întreprinderi date și elaborarea unui studiu de fezabilitate.
Designul specific și caracteristicile operaționale ale sistemelor de reciclare NPT sunt că aproape toate folosesc agenți frigorifici cu punct de fierbere scăzut în activitatea lor, de exemplu. de fapt tehnologii de „refrigerare”. Nu este o coincidență că problemele de siguranță ale pompelor de căldură sunt incluse într-un singur GOST cu mașini frigorifice (GOST EN 378-1-2014 Sisteme de refrigerare și pompe de căldură. Cerințe de siguranță și de mediu. Părțile 1-4). Experiența în operarea unor astfel de tehnologii în Rusia este semnificativă.
Viitorul tehnologiei în Rusia
Eficacitatea tehnologiilor de recuperare a căldurii de calitate scăzută nu ridică semne de întrebare, motiv pentru care sunt din ce în ce mai utilizate în întreaga lume în fiecare an. Motivele pentru implementarea lor lentă în Rusia sunt economice. Costul scăzut al resurselor energetice și costul relativ ridicat al echipamentelor importate duc la perioade mari de amortizare pentru proiectele „standard”.
Cu toate acestea, practica arată că economia eficientă a unui proiect este întotdeauna o chestiune de abordare individuală și o atitudine responsabilă a antreprenorului față de proiectarea sistemului și de selectarea echipamentelor și componentelor optime. În plus, perioadele de rambursare astăzi sunt calculate pe baza tarifelor curente la energie, în timp ce viitoarea liberalizare a tarifelor la energia termică va duce cel mai probabil la o creștere bruscă a componentei energetice a costurilor întreprinderii.
Această situație va afecta cel mai puțin acele companii care încep deja să optimizeze costurile energetice, în special prin reutilizarea căldurii de calitate scăzută.
Igor Sokolov
Expert principal al companiei „Primul inginer”
Sisteme de recuperare a căldurii pentru producerea de energie electrică.
Această tehnologie face posibilă utilizarea căldurii (în plus) care trebuie utilizată pentru a produce energie electrică.
Acesta este un generator electric termic al cărui principiu de funcționare folosește Ciclul Organic Rankine (ORC).
Elementul principal al acestui generator electric termic este turbina ORC. Principiul de funcționare, baza fizica iar aspectele aplicării acestei tehnologii sunt bine descrise în articolul lui G.V. Belov. și Dorokhova M.A. (MSTU numit după N.E. Bauman), care este disponibil pentru revizuire pe site-ul nostru.
Sistemele de generare a energiei electrice bazate pe Ciclul Organic Rankine pot fi utilizate cu succes în multe cazuri în care este necesar să se utilizeze excesul de căldură generat ca urmare a activităților de producție ale unei întreprinderi, de exemplu:
Recuperarea căldurii la arderea biomasei vegetale;
Recuperarea căldurii din arderea deșeurilor lemnoase din fabrici de cherestea;
Utilizarea excesului de căldură de la o întreprindere industrială;
Utilizarea căldurii primite de colectoarele solare;
Utilizarea căldurii „excesului” de la cazane tradiționale și de cogenerare (mai ales vara)
Oferim specifice soluție de inginerie, proiectarea și furnizarea de echipamente adecvate pentru implementarea acestei tehnologii la întreprinderea dumneavoastră, ținând cont de condițiile și caracteristicile dumneavoastră specifice ale proiectului.
Recepția sau utilizarea căldurii este întotdeauna asociată cu problema eliberării unei părți neutilizate a căldurii în atmosferă. De exemplu, la unele fabrici chimice temperatura gazelor de eșapament depășește -800C. În prezent, cazanele sunt utilizate pe combustibil gazos, lichid și solid (lemn, cărbune, așchii de lemn, coji etc.), la care temperatura de ieșire este de 110C și mai mare, în funcție de randamentul cazanului.
Cazanele care funcționează pe turbă, coji, deseuri de lemn, biocombustibili, păcură și alți combustibili reciclabili
Instalații de incinerare a deșeurilor de ciment, chimie, farmaceutice
De regulă, în întreprinderile consumatoare de energie, o parte din energia termică este utilizată, dacă este posibil, pentru a furniza căldură atât clădirilor, cât și structurilor întreprinderii în sine situate în apropiere. aşezări. Cu toate acestea, este suficient un numar mare de căldura este eliberată în atmosferă sau utilizată prin turnuri de răcire de diferite modele.
Turnuri de răcire
Folosind tehnologiile moderne propuse, emisiile termice reciclate pot fi convertite în energie electrică. În acest caz, întreprinderea poate reduce semnificativ costurile cu energia, reducând astfel costul de producție. Când se generează căldură prin ardere diferite feluri deșeuri - așchii de lemn, coji, lignină, menajere, deșeuri industriale etc. Ieșirea este căldură cu potențial destul de scăzut - nu mai mult de +300C. Cu toate acestea, acest lucru este suficient pentru utilizarea generatoarelor electrice pe turbinele ORC. În acest caz, cei mai eficienți generatori sunt cei care utilizează ciclul organic Rankine, a cărui diagramă este prezentată în figura nr. 1.
Pe scurt, principiul utilizării căldurii este următorul. În interiorul circuitului etanș se află, de exemplu, agent frigorific R-134, la fel ca într-un aparat de aer condiționat industrial. Când este încălzit sursă externă se încălzește cu ajutorul unui schimbător de căldură care separă mediul, agentul frigorific lichid fierbe și se transformă în gaz. Gazul se dilată și se repezi în turbină. Trecând prin turbină și renunțând la energia sa termică, gazul intră în condensator (răcitor), unde se condensează, transformându-se în lichid. Pompa furnizează lichidul înapoi în zona de încălzire. Gazul care trece prin turbină o învârte și energia de rotație a turbinei este convertită în energie electrică folosind un generator electric. Totul este ca într-un chiller, dar invers. Dacă într-un răcitor, cu ajutorul energiei electrice furnizate motorului compresorului, agentul frigorific (R-134) este comprimat și adus în stare lichidă cu producerea ulterioară de frig și căldură, atunci într-un generator folosind ciclul Rankine, în schimb dintr-un compresor există o turbină și un motor electric - un generator electric. În ceea ce privește dimensiunile instalațiilor care utilizează ciclul Rankine, așa cum puteți vedea în fotografia de mai jos, răcitorul și generatorul ORC arată foarte asemănător și au aproximativ aceleași dimensiuni.
Generator ORC cu turbină cu șurub Chiller cu compresor cu șurub.
Generatoarele ORC au design diferite, folosind atât surse gazoase, cât și lichide de energie termică, de obicei cu temperaturi peste 80C. Durata de viață lungă de 20 de ani sau mai mult se datorează faptului că turbina funcționează într-un mediu etanș și la temperatură relativ scăzută, cu gaz curat.
Generatoarele ORC nu necesita intretinere, schimband practic uleiul si rulmentii din turbina si generator o data la doi ani.
Resursa generatorului ORC depășește 100.000 de ore sau mai mult.
Singurul dezavantaj al generatorului ORC este eficiența sa electrică scăzută, care variază de la 8-25%. Cu toate acestea, eficiența totală (generare de energie electrică + căldură) ajunge la 85% sau mai mult.
Dar dacă priviți din punct de vedere practic, de exemplu: un generator de căldură din așchii de lemn cu o putere termică de 1000 kW va asigura generarea a 100 kW de energie electrică și aproximativ 680 kW de apă caldă cu o temperatură de 90/70C și de mai sus. Acest lucru va permite alimentarea tuturor pompelor electrice, sistemelor de control, iluminatului etc. Astfel, practic este posibil să se evite furnizarea de energie electrică suplimentară din exterior.
De asemenea, dacă în locul unui cazan de căldură reziduală se instalează un generator ORC pe evacuarea unei centrale de cogenerare cu piston pe gaz cu o putere electrică de 1000 kW, atunci randamentul electric total va ajunge la 38+10=48%, menținând în același timp eficienta termica - aproximativ 50%.
Generatoarele ORC sunt fabricate în multe țări din întreaga lume. Firma noastra este pregatita sa va ofere implementarea acestei tehnologii la cheie (proiectare, furnizare, instalare, punere in functiune, service si service post garantie), pentru cea mai reusita solutie a problemelor de eficienta energetica pentru intreprinderea dumneavoastra, complexul rezidential etc. .
Ph.D. Baron V.G., director al Teploobmen SRL, Sevastopol
În prezent, problemele de economisire a energiei primesc o atenție din ce în ce mai mare, sunt din ce în ce mai căutate, sunt luate în considerare și implementate diverse opțiuni de reducere a costurilor cu energie, inclusiv cu implicarea fonduri semnificative, o varietate de scheme menite să reducă consumul de energie. În același timp, este încă o excepție, mai degrabă decât regula, că căldura este colectată din diferite tipuri de lichide de răcire în scopul utilizării sale ulterioare. În cele mai multe cazuri, aceasta este căldură (din păcate, adesea de grad scăzut) în cantități uriașe disipat în mediu prin turnuri de răcire, sisteme de răcire cu apă în buclă deschisă și pur și simplu prin schimbul de căldură convectiv cu aerul din jur. Ca urmare, are loc poluarea termică a mediului, fondurile sunt cheltuite neproductiv pentru crearea unor astfel de sisteme, să remarcăm - nu ieftine, sisteme și, cel mai important, energia este irosită fără scop, care este generată în paralel, adesea pentru a acoperi nevoile aceluiaşi consumator, prin capacităţi generatoare. Există multe motive pentru o astfel de neatenție la sursa de energie sub formă de căldură reziduală de la diferite sisteme de răcire. Mai mult decât atât, până de curând cele principale au fost motive obiective- caracteristicile de greutate și dimensiune extrem de mari ale mijloacelor primare de îndepărtare a căldurii, adică schimbătoarele de căldură și, în mare parte datorită acestui fapt, costul ridicat și complexitatea amenajării în instalație. În plus, un factor limitativ a fost costul ridicat al pompelor de căldură concepute pentru a transforma căldura reziduală de calitate scăzută, crescând nivelul de temperatură, într-un produs care poate fi utilizat în continuare. De remarcat cu regret că astăzi, în ciuda faptului că printre aceste motive practic nu există unele obiective, procesul de economisire a energiei prin reutilizarea căldurii în cauză rămâne la punctul de îngheț. Acum, majoritatea motivelor nu sunt utilizarea suficientă activă a acestora resurse secundare se află deja pe plan subiectiv. Aceasta este atât inerția gândirii, cât și lipsa de cunoștințe despre modern dispozitive tehnice capabile să rezolve eficient astfel de probleme. În acest caz, înseamnă că este deja posibilă transferul energiei termice de calitate scăzută la un nivel de temperatură mai ridicat utilizând pompe de căldură și, de asemenea, ca primă condiție pentru aceasta, există schimbătoare de căldură foarte eficiente pentru îndepărtarea căldurii de calitate scăzută. . Schimbătoarele de căldură cu eficiență ridicată sunt prima și indispensabilă condiție deoarece pentru a utiliza căldura reziduală este necesar, în primul rând, să se efectueze transferul eficient al acestuia de la lichidul de răcire la un fel de lichid de răcire, de la care această căldură poate fi apoi transferată fie direct. către consumator, dacă există procese care necesită căldură scăzută nivelul temperaturii, sau transferat la ciclul pompei de căldură pentru a îmbunătăți calitatea energiei acestei călduri. În anii precedenți, lipsa dispozitivelor eficiente de transfer de căldură, în special pentru lichidele vâscoase, împreună cu lipsa pompelor de căldură eficiente, au împiedicat în mod obiectiv economisirea energiei prin utilizarea căldurii reziduale. Astăzi, astfel de dispozitive există și iau în considerare unul dintre dispozitivele moderne de transfer de căldură, create special pentru a selecta căldura cu potențial scăzut din medii termic complexe - uleiuri de motor, acest articol îi este dedicat.
Aceste dispozitive sunt create prin modificarea schimbătoarelor de căldură eficiente de tip TTAI pentru a îndeplini condițiile specifice de schimb de căldură cu medii foarte vâscoase. Dispozitivele TTAI, create de angajații Teploobmen LLC folosind experiența acumulată pe parcursul multor ani de muncă la crearea schimbătoarelor de căldură pentru nevoile marinei sovietice, se disting prin eficiență ridicată și caracteristici de greutate și dimensiune excepțional de mici. În plus, în comparație cu analogii, ele sunt mai convenabile de întreținut și, de regulă, sunt mai bine asamblate la fața locului. Cu toate acestea, întregul complex al avantajelor de mai sus în la maxim se manifestă atunci când aceste dispozitive operează pe lichide cu picături nevâscoase, pentru a asigura schimbul de căldură între care au fost create aceste dispozitive. Motivul este că printre un număr semnificativ de noi solutii tehnice, încorporate atât în proiectarea, cât și în tehnologia de fabricație a acestor dispozitive, există o serie de soluții specifice care oferă un mecanism subtil de influențare a anumitor straturi de fluid în mișcare pe baza luării în considerare a particularităților proprietăților termofizice ale unor astfel de medii de lucru. A fost de interes practic să se dezvolte, pe baza acestor schimbătoare de căldură, dispozitive ușoare și compacte pentru îndepărtarea foarte eficientă a căldurii din uleiul de lubrifiere care răcește diverse mașini și mecanisme.
În acest scop, Teploobmen LLC a efectuat lucrări de modificare a dispozitivelor TTAI produse comercial, ținând cont de specificul sarcinii. Un astfel de schimbător de căldură modificat, conceput pentru a extrage căldura din amestecul ulei-aer care răcește compresorul, a fost testat în octombrie 2006. pe bancul de testare al NPA „VNIIkompressormash” ca parte a unei unități de compresor.
Schimbătorul de căldură testat a păstrat toate caracteristicile principale ale schimbătoarelor de căldură din familia TTAI, adică. Acesta este un aparat cu carcasă și tub cu un corp cu pereți subțiri din oțel inoxidabil aliat înalt din clasa austenitică, în care un fascicul de tuburi foarte compact, strâns, asamblat din țevi cu pereți extra-subțiri cu diametru mic ( 6mm), situată de-a lungul modului în care a fost efectuată defalcarea. Foile tubulare ale pachetului, care au o etanșare specială în două etape cu găuri pilot, sunt realizate folosind o tehnologie specială de la materiale compozite. Tuburile de transfer de căldură ale fasciculului, realizate tot din oțel inoxidabil înalt aliat din clasa austenitică, dar grupa rezistentă la acizi (datorită unei compoziții diferite și combinații de elemente de aliere), au un așa-zis special. profil „termodinamic fezabil”.
Designul specificat și caracteristicile tehnologice ale schimbătoarelor de căldură TTAI fac posibilă obținerea întregul complex proprietățile consumatorului, care disting favorabil aceste dispozitive de analogii lor și deschid perspective largi, atât din punct de vedere tehnic, cât și economic, pentru utilizarea lor pentru utilizarea resurselor energetice secundare.
Printre principalele diferențe tehnice se numără următoarele.
Instalarea unui fascicul de tuburi în carcasă conform principiului ambelor foi de tuburi plutitoare permite nu numai eliminarea preocupărilor legate de posibilă apariție tensiuni termice în lanțul „corp - tablă tub - tub”, dar și pentru a crește radical menținerea dispozitivului, deoarece oferă posibilitatea de a întreținereși reparați, scoateți fasciculul de tuburi din carcasă. Acest lucru permite, dacă este nevoie, înlocuirea fasciculului de tuburi cu unul nou fără a demonta dispozitivul, ca să nu mai vorbim de accesul pentru inspecția și curățarea cavității intertubulare.
Utilizarea unei etanșări în două etape cu un sistem de caneluri de drenaj și găuri de ghidare pe foile tubulare plutitoare asigură nu numai excluderea garantată a întrepătrunderii mediului de lucru în acest loc (ceea ce este deosebit de important în cazul extracției căldurii din uleiurile lubrifiante cu apă sau lichide de răcire care nu îngheață), dar și diagnosticare funcțională a stării elementelor de etanșare, care vă permite să planificați înlocuirea acestora, evitând o oprire de urgență.
Datorită profilului special al tuburilor de transfer de căldură se realizează nu doar o creștere accelerată a coeficienților de transfer de căldură în comparație cu o creștere a rezistenței hidraulice, ci și, în condiții cunoscute, un efect de autocurățare. Este evidentă oportunitatea unei creșteri accelerate a eficienței termice, dar prezența efectului de autocurățare însoțitor este un factor foarte semnificativ, deoarece În timpul funcționării, cerințele pentru lichidul de răcire adesea nu sunt îndeplinite, drept urmare pe suprafețele de transfer de căldură se acumulează diverse depuneri, reducând eficiența eliminării căldurii, ceea ce afectează negativ atât funcționarea mecanismului răcit cu ulei, cât și consumatorii de energie secundară. resurse energetice.
Dar unul dintre cele mai semnificative avantaje ale dispozitivelor TTAI este caracteristicile lor dimensionale nesemnificative în comparație cu analogii, care se realizează datorită influenței reciproce și complementarității unui număr dintre caracteristicile tehnice de mai sus.
Din păcate, utilizarea schimbătoarelor de căldură TTAI produse comercial pentru a rezolva problema selectării căldurii cu potențial scăzut dintr-un amestec vâscos ulei-aer nu a putut da rezultatele necesare din cauza posibilității de by-pass curenților de ulei și a reducerii rezultată a eficienței termice a dispozitivul. Acest lucru a condus la implementarea unor modificări care trebuiau să rezolve problema asigurării unui flux transversal aproape pur de ulei răcit în jurul tuburilor fasciculului, menținând în același timp rezistența hidraulică a cavității de ulei a schimbătorului de căldură în limite destul de rigide, limitate pentru medii vâscoase. După cum este permis Limita superioară valoarea rezistenței a fost considerată ca fiind de 10 m.v.st., ceea ce este mai consistent cu dispozitivele care funcționează pe medii nevâscoase, totuși valoare mai mare rezistența hidraulică poate face ca recuperarea căldurii reziduale să nu fie fezabilă din punct de vedere economic, deoarece O creștere a rezistenței schimbătorului de căldură duce la o creștere a puterii cheltuite pentru acționarea pompei de ulei.
În timpul revizuirii, au fost luate două noi decizii fundamental importante:
S-a decis gruparea tuburilor fasciculului de tuburi în partea centrală a corpului, lăsând treceri libere pentru curgerea uleiului dintr-un compartiment în altul;
S-a decis să se facă corpul schimbătorului de căldură compus din secțiuni, a căror lungime este egală cu distanța dintre pereții despărțitori ai spațiului inter-tub, iar pereții despărțitori ar trebui să fie realizate cu o suprafață cilindrică periferică complet închisă, pe care elastic garnituri de etansare presate de sectiunile suportului corpului.
Gruparea tuburilor de transfer de căldură în partea centrală (vezi Fig. 1), pe de o parte, face posibilă reducerea rezistenței hidraulice a cavității de ulei a răcitorului prin reducerea vitezei de mișcare a uleiului într-una dintre cele mai înguste secțiuni. , în care fluxul este rotit și cu 180 o și, pe de altă parte, exclude din procesul de schimb de căldură (și astfel elimină necesitatea de a lua în considerare la efectuarea calculelor) tuburile care ar curge în jurul fluxului de ulei la un unghi de atac diferit de cel direct și, de asemenea, variind de la rând la rând.
Dispozitivul prezentat în Fig. 2 în timpul testelor la scară maximă la bancul de testare al NPASC „VNIIkompressormash” ca parte a unei unități de compresor a arătat rezultatele reale prezentate în Tabelul 1.
tabelul 1
Analiza acestor rezultate arată că aparatul TTAI modificat îndeplinește pe deplin cerințele pentru îndepărtarea eficientă a căldurii dintr-un amestec ulei-aer cu vâscozitate ridicată.
Cu toate acestea, este evident că avantajele tehnice ale schimbătorului de căldură TTAI modificat, în ciuda atractivității lor, nu pot fi scopul principal al creării unui astfel de dispozitiv. Scopul principal este de a crea un aparat compact (pentru a asigura posibilitatea amplasării în locuri unde nu a fost planificată anterior instalarea unui schimbător de căldură adecvat) și relativ ieftin (astfel încât câștigul de energie din utilizarea resurselor secundare să nu fie compensate cu costurile de achiziție și instalare a unui schimbător de căldură). Pentru a analiza aceste caracteristici s-a făcut o comparație a schimbătorului de căldură descris cu analogi. Pentru a efectua o astfel de comparație, Tabelul 2 prezintă caracteristicile de greutate și preț ale celor trei opțiuni:
Schimbător de căldură cu plăci fabricat în Ucraina;
Aparatură tubulară de fabricație rusească;
Schimbătorul de căldură considerat în acest articol este din familia TTAI.
masa 2
Trebuie remarcat faptul că dispozitivele prezentate în tabelul 2 sunt comparate pentru condiții termice identice și trebuie avut în vedere că dacă caracteristicile termice ale dispozitivului TTAI au fost obținute în timpul testelor la scară maximă, atunci pentru dispozitivele celorlalte două pozițiile trebuie să se bazeze pe caracteristicile lor de proiectare raportate de producători (după cum arată experiența, caracteristicile reale sunt adesea inferioare celor calculate).
În prezent, se lucrează pentru a crea o gamă standard de schimbătoare de căldură TTAI modificate, concepute pentru a elimina căldura reziduală din lichidele de răcire cu vâscozitate ridicată. Finalizarea acestei lucrări va elimina ultimul obstacol obiectiv de pe drum utilizare pe scară largă resurse energetice secundare sub formă de căldură reziduală din lichide cu vâscozitate ridicată care răcesc mașinile și mecanismele de funcționare.