close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16833

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2013.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
F 25B 30/02
F 24D 11/02
(2006.01)
(2006.01)
КОМПРЕССИОННЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС С РАБОЧИМ ТЕЛОМ В
ВИДЕ СМЕСИ ПАРОВ ВОДЫ И ВОЗДУХА
(21) Номер заявки: a 20101400
(22) 2010.09.28
(43) 2012.04.30
(71) Заявители: Пискун Игорь Михайлович; Абаев Генрих Николаевич;
Открытое акционерное общество
"Технолит Полоцк" (BY)
(72) Авторы: Пискун Игорь Михайлович; Абаев Генрих Николаевич
(BY)
BY 16833 C1 2013.02.28
BY (11) 16833
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатели: Пискун Игорь Михайлович; Абаев Генрих Николаевич;
Открытое акционерное общество
"Технолит Полоцк" (BY)
(56) BY 6345 C1, 2004.
RU 21160586 C1, 1998.
RU 5847 U1, 1998.
RU 2141608 C1, 1999.
RU 2238488 C2, 2004.
KZ 13070 A, 2003.
DE 19518977 A1, 1996.
(57)
1. Компрессионный тепловой насос с рабочим телом в виде смеси паров воды и воздуха, содержащий используемый в качестве испарителя струйный аппарат с эжектором, ротационно-пластинчатый вакуум-компрессор, связанные с теплообменником-конденсатором, теплообменником-рекуператором и циркуляционным насосом, отличающийся
тем, что эжектор содержит плоскощелевое эллипсоидное сопло с осями а и б, связанными
соотношением
а/б ≥ 5,
где а - большая ось;
б - малая ось, равная 4 - 5 мм,
а эжекционная шахта образована конфузором и диффузором, выполненными в виде конусов высотой, равной (3 – 5)а, сужающихся до размеров заключенной между ними эллипсоидной камеры смешения с площадью поперечного сечения в 3-6 раз больше площади
эллипсоидного сопла и длиной, равной (30 – 35)а, причем корпус струйного аппарата
Фиг. 4
BY 16833 C1 2013.02.28
выполнен диаметром, обеспечивающим линейную скорость паров в его отстойной зоне не
более 0,5 м/с, при этом струйный аппарат и ротационно-пластинчатый вакуум-компрессор
соединены между собой последовательно.
2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник-рекуператор выполнен пластинчатым и из коррозионно-нержавеющей стали.
3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник-конденсатор выполнен в виде "труба в трубе".
4. Насос по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые теплообменники выполнены с
покрытием из теплоизоляционного материала.
5. Насос по п. 1, отличающийся тем, что пластины ротационно-пластинчатого вакуум-компрессора выполнены из стали 45 и содержат текстолитовые вставки.
6. Насос по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что выполнен в виде единой рамной конструкции.
Изобретение относится к области энергетики, энергосбережения, рекуперации низкопотенциального тепла. Под низкопотенциальным теплом понимается тепло, теряемое и
неиспользуемое вследствие своего низкого потенциала. В промышленности существует
ряд тепловых отходов, которые, как правило, не могут быть эффективно использованы изза своего низкого потенциала без тепловых насосов:
тепло охлаждающей воды систем водооборота предприятий, использующих градирни [1];
тепло на линиях теплофикационной воды, возвращаемой потребителями (промышленные предприятия, жилой фонд) к ТЭЦ;
тепло уходящих газов термических и нагревательных печей;
тепло вторичного пара и конденсата;
тепло систем вентиляции и другое.
Известны компрессионные тепловые насосы различного типа [2, 3], где к рабочему телу подводится низкопотенциальное тепло, которое с затратой работы преобразуется в
теплоту более высокой температуры. В принципиальной схеме теплового насоса низкопотенциальное тело подводится в испаритель, где происходит передача тепловой энергии
рабочему телу, что приводит к его испарению. Затем потенциал рабочего тела повышается
за счет сжатия в компрессоре. Передача высокопотенциальной тепловой энергии потребителю происходит в конденсаторе, при конденсации рабочего тела. Указанные тепловые
насосы имеют недостаток, который сдерживает их широкое промышленное применение: в
качестве рабочего тела используются высокоопасные вещества (фреоны, аммиак, углеводороды).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению (прототипом) является тепловой насос [4]. В данном техническом решении в качестве компрессора применен ротационно-пластинчатый вакуум-компрессор, испарителем является
струйный аппарат, а рабочим телом - смесь паров воды и воздуха.
Работа прототипа заключается в следующем.
Источник тепла низкого потенциала циркулирует через теплообменник, расположенный на циркуляционном контуре струйного аппарата, и охлаждается, отдавая тепло охлажденной воде (рабочему телу), циркулирующей через струйный аппарат. Охлажденный
источник низкопотенциального тепла далее используется в зависимости от применяемой
технологии. Вода в струйном аппарате охлаждается за счет вакуума и испарения, создаваемого эжекционным аппаратом и ротационно-пластинчатым вакуум-компрессором. В головку струйного аппарата подсасывается определенное количество воздуха, который
вместе с циркулирующей водой, благодаря эжекции, поступает в струйный аппарат, что
обеспечивает тепломассообмен между водой и воздухом, испарение некоторой части вла2
BY 16833 C1 2013.02.28
ги из струйного аппарата и формирование рабочего тела. Уходящий из верхней части
струйного аппарата газ (рабочее тело) представляет собой смесь паров воды и воздуха. В
ротационно-пластинчатом вакуум-компрессоре рабочее тело разогревается за счет сжатия
от вакуума до атмосферного давления и тепла трения пластин ротационно-пластинчатого
вакуум-компрессора о его корпус. Разогретое рабочее тело поступает в поверхностный
теплообменник, где отдает свое тепло поступающей в противотоке рабочему телу холодной воде. Вода рабочего тела, охлаждаясь, конденсируется и стекает в сепаратор, откуда
возвращается в струйный аппарат, а охлажденный воздух выводится из верхней части сепаратора.
Испытания такого насоса показали его работоспособность, однако эффективность его
не превышала единицы. Под эффективностью теплового насоса понимают отношение:
Э=
Энергия ( тепло), приобретённая холодной водой
Энергия ( электрическая ), затраченная на привод вакуум − компрессор а и циркуляционного насоса
.
Недостатком прототипа является его низкая эффективность.
Задачей изобретения является обеспечение достижения технического результата, заключающегося в повышении эффективности компрессионного теплового насоса.
Поставленная задача с достижением указанного технического результата решается
тем, что в компрессионном тепловом насосе с рабочим телом в виде смеси паров воды и
воздуха, содержащем используемый в качестве испарителя струйный аппарат с эжектором, ротационно-пластинчатый вакуум-компрессор, связанные с теплообменникомконденсатором, теплообменником-рекуператором и циркуляционным насосом, эжектор
содержит плоскощелевое эллипсоидное сопло с осями а и б, связанными соотношением
а/б≥5,
где а - большая ось;
б - малая ось, равная 4-5 мм,
а его эжекционная шахта образована конфузором и диффузором, выполненными в виде
конусов высотой, равной (3–5)а, сужающихся до размеров заключенной между ними эллипсоидной камеры смешения с площадью поперечного сечения в 3-6 раз больше площади эллипсоидного сопла и длиной, равной (30–35)а, причем корпус струйного аппарата
выполнен диаметром, обеспечивающим линейную скорость паров в его отстойной зоне не
более 0,5 м/с, при этом струйный аппарат и ротационно-пластинчатый вакуум-компрессор
соединены между собой последовательно.
Теплообменник-рекуператор выполнен пластинчатым из коррозионно-нержавеющей
стали, а теплообменник-конденсатор выполнен в виде "труба в трубе", причем теплообменники выполнены с покрытием из теплоизоляционного материала.
Пластины ротационно-пластинчатого вакуум-компрессора выполнены из стали 45 и
оборудованы текстолитовыми вставками.
Компрессионный тепловой насос (ТН) выполнен в виде единой рамной конструкции.
Струйный аппарат (СА) и ротационно-пластинчатый вакуум-компрессор (РПВК)
имеют исходное (начальное) соотношение объемных производительностей: 1 к 2-2,5;
обвязка по газообразному рабочему телу имеет гидравлическое сопротивление не более 1 мм вод. ст., а обвязка по остальным стадиям не создает гидравлического сопротивления, соизмеримого с гидростатическим напором в СА;
тепло, выделяемое электродвигателями вакуум-насоса и циркуляционного насоса, рекуперируется внутри самого ТН.
Заявленная конструкция обеспечивает достижение технического результата.
Низкая эффективность ТН, выбранного в качестве прототипа, является следствием недостаточно высокой эффективности однокорпусного РПВК и отсутствия согласованности
исходной производительности РПВК и СА. (Применение 2-ступенчатого вакуум-насоса
3
BY 16833 C1 2013.02.28
невозможно из-за разогрева корпуса компрессора до температур выше 150 °С и заклинивания пластин при разогреве).
Для устранения указанных недостатков в заявляемом техническом решении СА вносит заметный вклад в создание вакуума в системе, а его начальная производительность
строго согласована с начальной производительностью РПВК.
Эффективность ТН может быть существенно увеличена (в 2-3 раза) за счет:
повышения эффективности работы РПВК,
оптимального подбора начальных производительностей СА и РПВК,
изоляции основных аппаратов ТН.
Повышение эффективности РПВК достигается за счет:
использования однокорпусного РПВК с металлическими пластинами, имеющими текстолитовые вставки на границе соприкосновения пластин с корпусом РПВК;
изоляции корпуса РПВК и технологической обвязки;
использования высокоэффективного струйного аппарата с плоскощелевыми соплами,
специальной камерой СА и подбора начальных производительностей РПВК и СА так,
чтобы СА оказывал наибольшее влияние на эффективную работу ТН (фиг. 2).
Выполнение СА с эжектором согласно изобретению позволяет обеспечить высокий
коэффициент эжекции (10÷15) и вакуум (0,2÷0,3 ат. ост.). Это обусловлено тем, что эжектор с плоскощелевым эллипсоидным соплом с осями а и б, связанными соотношением
а/б≥5,
где а - большая ось;
б - малая ось, равная 4-5 мм,
позволяет вовлекать большее количество воздуха, прилегающего к струе истекающего потока, а эжекционная шахта, образованная конфузором и диффузором, выполненными в
виде конусов высотой, равной (3–5)а, сужающихся до размеров заключенной между ними
эллипсоидной камеры смешения с площадью поперечного сечения в 3-6 раз больше площади эллипсоидного сопла и длиной, равной (30–35)а, обеспечивает беспрепятственный
проход водовоздушной смеси.
Начальная производительность РПВК должна быть в ~2-2,5 раза больше производительности СА, что позволит оказать наибольшее положительное влияние СА на работу ТН
в целом. В предлагаемой схеме ТН струйный аппарат работает не только как аппарат интенсифицирующий массо- и теплообменные процессы, но и как самостоятельный вакуумкомпрессор, позволяющий дополнительно углублять вакуум в системе.
В схеме ТН РПВК и СА расположены в последовательном соединении. В отличие от
случая для многоступенчатого сжатия, массовый расход перекачиваемого газа в данном
случае не остается постоянным. К эжектируемому струей воды воздуху добавляются водяные пары, образовавшиеся под разряжением в корпусе струйного аппарата, т.е. при
прохождении струйного аппарата массовый расход вакуумируемого газа увеличивается.
В результате эффективность ТН повышается и достигает максимального значения 3,7
(фиг. 3) в зависимости от режима работы (вакуума и температуры в корпусе СА). Данные
фиг. 3 свидетельствуют о том, что с увеличением температуры в корпусе СА (при постоянном вакууме и объемном расходе) эффективность ТН увеличивается. Это обеспечивается за счет увеличения содержания водяных паров в рабочей смеси, так как с ростом
температуры повышается их парциальное давление и, следовательно, увеличивается тепловая мощность смеси на выходе из СА.
Однако при углублении вакуума наступает момент, когда парциальное давление водяных паров равняется абсолютному давлению в корпусе СА и рабочая смесь формируется
на 100 % из водяного пара. И дальнейшее углубление вакуума приводит к уменьшению
объемного расхода смеси (обусловленного суммарной характеристикой работы аппаратов), что снижает тепловую мощность смеси на выходе из СА и, соответственно, эффективность ТН.
4
BY 16833 C1 2013.02.28
Наиболее эффективный режим работы заявляемого в качестве изобретения ТН будет
обеспечиваться при температуре в корпусе СА 35 °С в диапазоне вакуума от 0,9-0,95 ат.ост., и
эффективность при этом составит от 2,4 до 3,7 соответственно. Очевидно, что с дальнейшим повышением температуры в корпусе СА эффективность ТН будет увеличиваться.
Температура в корпусе СА будет определяться в каждом конкретном случае температурой низкопотенциального рекуперируемого источника. Так как ТН планируется использовать для рекуперации тепла обратной охлаждающей воды от насосно-компрессорного
оборудования нефтеперерабатывающего предприятия ОАО"Нафтан" и обратной отопительной воды от типового 9-этажного 2-подъездного жилого дома, то температуры большие чем 35 °С, в первом случае не позволят обеспечить нормального охлаждения
оборудования на нефтеперерабатывающем предприятии, а во втором случае приведут к
повышенным тепловым потерям при подаче обратной воды к ТЭЦ.
Изобретение поясняется фигурами, где на фиг. 1 изображены лопатки ротационнопластинчатого вакуум-компрессора; на фиг. 2 - график выбора производительности
струйного аппарата и вакуум-компрессора; на фиг. 3 - график зависимость эффективности
работы ТН от режима в корпусе СА; на фиг. 4 изображена схема теплового насоса; на
фиг. 5 - эскиз струйного аппарата с эллипсоидной камерой смешения; на фиг. 6 - схема
внедрения теплового насоса в систему отопления типового 2-подъездного 9-этажного дома; на фиг. 7 - схема внедрения теплового насоса на типовой установке каталитического
риформинга.
Компрессионный тепловой насос (ТН) включает в себя теплообменник-рекуператор 1,
струйный аппарат (СА) 2 и последовательно соединенный с ним ротационнопластинчатый вакуум-компрессор (РПВК) 3, теплообменник-конденсатор 4, сепаратор 5,
циркуляционный насос 6.
При работе ТН вода в СА 2 охлаждается за счет вакуума и испарения, создаваемого
эжекционным аппаратом и РПВК 3. Низкопотенциальный источник отдает свое тепло в
циркуляционном контуре СА 2.
В струйном аппарате 2 (фиг. 5) используются:
эжекционная шахта специальной конструкции, состоящая из конфузора и диффузора
конусной формы и заключенной между ними эллипсоидной камеры смешения с осями
35 мм и 17 мм, высотой 1100 мм, площадью сечения 467 мм2;
плоскоструйный эжектор и автомодельный гидродинамический режим в эжекторе
(Re > 104), обеспечивающие коэффициент эжекции 10÷15.
На лабораторном струйном аппарате диаметром 100 мм и высотой корпусе 800 мм
был проведен ряд экспериментов с соплами различного профиля и сечения. При истечении жидкости из различных сопел формировалась различная высота газожидкостной смеси в корпусе струйного аппарата, характеризующая количество вовлекаемого воздуха
потоком жидкости, то есть коэффициент эжекции. В результате выбраны сопла с сечениями в виде сплюснутого эллипса. Это объясняется тем, что при одинаковых площадях поперечного сечения у плоской струи периметр захвата воздуха больше, чем у круглой
струи, что позволяет развивать большие значения коэффициента эжекции.
Учитывая различные формы живого сечения струй воды, истекающих из плоскощелевых сопел, были изготовлены соответствующие шахты, состоящие из конфузора, диффузора и камеры смешения. Это позволяет формирующемуся потоку воды, истекающему из
сопла, наиболее плавно и равномерно распределиться по всему сечению камеры смешения, что позволяет увеличивать количество воздуха, захватываемого потоком жидкости,
повышая тем самым коэффициент эжекции. Было изготовлено несколько различных вариантов шахт по форме и сечению, и выбраны те, в которых обеспечивалось прохождение
воды с эжектируемым воздухом с минимальным гидравлическим сопротивлением, препятствуя обратному подсосу воздуха из корпуса СА.
5
BY 16833 C1 2013.02.28
Экспериментально установлено, что
эжекционная шахта (камера смешения) должна иметь сечение, соответствующее по
форме профилю струи, истекающей из сопла;
отношение площади сечения камеры смешения к сечению сопла Fкамеры / Fсопла должно
быть в пределах 3÷6;
расстояния от края сопла до входа в эжекционную камеру должно составлять не более
2,5÷–3,5 калибров сопла (так как сопла являются плоскощелевыми, в качестве калибра для
них принята большая длина сечения сопла);
длина камеры смешения должна равняться 30÷35 калибрам (для плоскощелевых шахт
калибром принята также большая длина сечения камеры).
При значениях выше или ниже заявленных эффективная работа струйного аппарата в
сочетании с вакуум-компрессором невозможна, так как струйный аппарат не сможет развивать необходимый коэффициент эжекции, равный 10-15, и достигать вакуума 0,2-0,3 ат. ост.
В схеме ТН РПВК и СА расположены в последовательном соединении. В отличие от
случая для многоступенчатого сжатия, массовый расход перекачиваемого газа в данном
случае не остается постоянным. К эжектируемому струей воды воздуху добавляются водяные пары, образовавшиеся под разряжением в корпусе СА, т.е. при прохождении СА
массовый расход вакуумируемого газа увеличивается.
Был проведен ряд экспериментов с лабораторным струйным аппаратом и ротационнопластинчатым вакуум-компрессором мощностью 0,2 кВт 2НВР-5ДМ при их последовательном соединении. Экспериментально установлено, что для выполнения правила аддитивности при взаимодействии струйного аппарата и вакуум-компрессора необходимо,
чтобы начальный расход СА был в 2-2,5 раза меньше начального расхода РПВК.
При значениях выше или ниже заявленных взаимодействие струйного аппарата с
РПВК в последовательном соединении теплового насоса не будет являться эффективным,
так как суммарная мощность, развиваемая СА и РПВК, не будет равняться сумме их мощностей, и правило аддитивности в таком случае не выполняется.
Это объясняется тем, что используемый в схеме ротационно-пластинчатый компрессор является компрессором объемного типа и, соответственно, при неизменном числе
оборотов ротора перекачивает фиксированный объем газа. Т.е. компрессор может забрать
только тот объем эжектируемого газа струйным аппаратом, который определяется геометрическими размерами рабочих органов компрессора. Т.е. вакуум-компрессор при измененных характеристиках является ограничивающим фактором по суммарной
производительности системы. И при несогласованных характеристиках СА и РПВК суммирования их характеристик не наблюдается.
Для достижения минимальных гидравлических сопротивлений в обвязке теплового
насоса все отводы имеют плавный радиус изгиба, равный пяти наружным диаметрам применяемого трубопровода R=6D (выполненными на трубогибочном станке). Также для
уменьшения гидравлического сопротивления во всей обвязке теплового насоса при проектировании подбирается стандартная арматура, имеющая полное открытие запорного органа и прямопроходное сечение.
Поскольку все элементы ТН устанавливаются на единой рамной конструкции, которая
закрывается листами поликарбоната, то во избежание перегрева электродвигателей циркуляционного насоса и РПВК от тепла, выделяемого разогретым оборудованием, на
наружной поверхности статоров электродвигателей монтируются водяные змеевики с отводом тепла в теплообменник-конденсатор, позволяя при этом дополнительно получить
∼0,5 кВт тепловой энергии.
Рассмотрим работу предлагаемого ТН на конкретных примерах.
Пример 1.
Применение теплового насоса в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) возможно
для рекуперации тепла оборотной теплофикационной воды, идущей от жилых домов об6
BY 16833 C1 2013.02.28
ратно к ТЭЦ. В общем случае подача тепла для жилого фонда осуществляется по централизованной системе теплоснабжения от ТЭЦ или котельных. При транспортировке тепла
по сетям потери достигают до 30 % при норме 5-10 % [6]. Что во многом определяется
тем, что отопительная вода возвращается к ТЭЦ с достаточно высокими температурами
~ 45-55 °С. Температура подачи сетевой воды и возвращаемой "обратки" устанавливается
ТЭЦ в виде температурного графика в зависимости от температуры окружающего воздуха. Например, температура "обратки" составляет от 36 °С при + 5 °С на улице и до 53 °С
при –10 °С при отоплении 2-подъездного 9-этажного жилого дома на 72 квартиры.
В данном случае предлагается внедрение компрессионного теплового насоса мощностью 25 кВт для рекуперации тепла "обратной" отопительной воды путем понижения ее
температуры перед отправкой на ТЭЦ (фиг. 6). Рекуперируемое тепло предполагается использовать непосредственно для обогрева жилого дома, снижая потребление поступающей от ТЭЦ горячей воды.
Вне отопительного сезона теплофикационная вода используется для нагрева питьевой
"горячей" воды в бойлере дома, поэтому ее также можно использовать для рекуперации в
тепловом насосе.
При оценке мощности теплового наоса на базе вакуум-компрессора ДВН-1 установили, что для типового 2-подъездного 9-этажного жилого дома на 72 квартиры достаточно
одного теплового насоса мощностью 25 кВт.
Изобретение поясняется схемой внедрения компрессионного теплового насоса в систему отопления типового 2-х подъездного 9-ти этажного жилого дома на 72 квартиры
(фиг. 6), на которой представлены теплообменник-рекуператор 1; струйный аппарат 2; ротационно-пластинчатый вакуум-компрессор 3; теплообменник-конденсатор 4; сепаратор
5; циркуляционный насос 6, бойлер нагрева горячей питьевой воды 7; радиаторы отопления дома 8, 9; элеватор 10; задвижки 11-20.
В отопительный период теплофикационная вода подается к дому от ТЭЦ, далее она
делится на два потока. Один - для подогрева в бойлере 7 питьевой воды, второй подается в
два П-образных стояка, последовательно оборудованных чугунными радиаторами отопления 8, 9. Отдав часть тепла помещениям, теплофикационная вода направляется в "обратку". Для регулировки температуры воды, поступающей из тепловой сети к стоякам
водяного отопления, и улучшения циркуляции в системе производится подмешивание части обратной воды в элеваторном узле 10. Тепловой насос забирает "обратную" воду, которая не участвует в подмешивании, и охлаждает ее в своем пластинчатом
теплообменнике рекуператоре 1.
Далее охлажденная вода направляется обратно к ТЭЦ, что снижает тепловые потери.
В контуре теплового насоса полученная низкопотенциальная энергия преобразуется в высокопотенциальную в виде рабочего тела, состоящего из смеси паров воды и воздуха с
температурой 150 °С, направляемого в теплообменник-конденсатор 4. В теплообменникеконденсаторе 4 типа "труба в трубе" по трубному пространству циркулирует рабочее тело,
а в межтрубном могут подогреваться два потока в зависимости от необходимости: "обратная" теплофикационная вода, захватываемая элеватором 10, или холодная питьевая вода.
При нагреве теплофикационной "обратной" воды открываются задвижки 11 и 12. Закрываются 13, 14 и 15. При нагреве питьевой воды открываются задвижки 13, 14. Закрывается
бойлер задвижками 16, 17. Закрываются задвижки 12, 11. При необходимости тепловой
насос можно отключить от системы отопления жилого дома, закрыв задвижки 18, 19 и открыв задвижку 20.
В приведенном примере, заявленная совокупность признаков обеспечивает эффективность работы ТН от 3,1 до 3,5 в зависимости от температурного графика работы ТЭЦ. При
более высокой температуре прямой теплофикационной воды (~80 °С и выше) и соответственно "обратки" ~50 °С и более, возможно поддерживать в корпусе струйного аппарата
7
BY 16833 C1 2013.02.28
температуру в 35÷40 °С (при вакууме 0,9÷0,95 ат. ост.), что повышает содержание водяных паров в рабочем теле, увеличивая тем самым мощность теплового насоса до 25 кВт.
Пример 2.
Одной из отраслей народного хозяйства, где также можно эффективно применять тепловой насос, может быть нефтеперерабатывающая промышленность, в частности предприятие ОАО "Нафтан" (г. Новополоцк).
Одним из важнейших источников низкопотенциального тепла на предприятии может
являться тепло оборотной воды системы охлаждения технологического оборудования и
потоков нефтепродуктов. Несмотря на то, что оборотная вода охлаждается в градирнях
всего на 5-10 °С (40→35÷30), из-за больших количеств циркулирующей воды, в атмосферу уносится значительное тепло. По данным источника [5] потери тепла в системах водооборота ОАО "Нафтан" вполне соизмеримы с потреблением тепла на производствах в
виде пара, а в ряде случаев и превосходят последние.
На отдельных технологических установках можно внедрять замкнутый контур охлаждающей воды с понижением ее потенциала в тепловом насосе. В случае профилактических или ремонтных работ с тепловым насосом переключать контур оборотной воды
установки на градирни водоблока завода.
Как известно, на предприятии ОАО "Нафтан" для технологических нужд установок
используется два вида оборотной воды:
оборотная вода I-й системы (для охлаждения технологических потоков),
оборотная вода II-й системы (для охлаждения насосно-компрессорного оборудования).
Температура в системах водооборота зависит от климатических условий и времени
года. Для г. Новополоцка в зависимости от времени года эта температура колеблется от 15
до 30 °С.
На примере типовой установки каталитического риформинга рассмотрим схему внедрения теплового насоса (фиг. 7).
Основная часть оборотной воды используется на установке для охлаждения компрессорного оборудования. При работе технологической установки на "режиме" оборотная
вода охлаждает масло маслосистемы работающего компрессора и воздух, подающийся на
обдув электродвигателя, нагреваясь при этом до 29 °С. Затем "теплая" вода выводится в
обратный трубопровод и поступает на водоблок для охлаждения в градирнях.
В данной схеме охлаждения компрессорного оборудования технологической установки возможно внедрение теплового насоса для охлаждения "теплой" оборотной воды. Это
позволит рекуперировать тепло оборотной воды II-й системы, решив при этом две задачи:
1) возможность дополнительного охлаждения оборотной воды (что особенно важно в летний период); 2) выработка горячей воды для нужд установки (фиг. 7).
Оборотная вода с температурой 29 °С может быть направлена на рекуперацию в тепловой насос (при открытой задвижке 21 и 22 и закрытой задвижке 23, где она будет охлаждаться до 23-25 °С в теплообменнике-рекуператоре 1 теплового насоса и выводиться в
линию обратной воды. В случае необходимости проведения ремонтных работ с тепловым
насосом его можно будет отсечь с помощью задвижек 21 и 22 и осуществлять вывод оборотной воды на водоблок предприятия.
В приведенном примере применения ТН на ОАО "Нафтан" ввиду ограниченной температуры рекуперируемого потока (до 30-35 °С) при вакууме в корпусе СА 0,9-0,95 ат.ост.
и температуре 20÷25 °С ТН сможет развивать мощность 19-21кВт, и эффективность при
этом составит 3÷3,3.
Аналогично можно использовать низкопотенциальное тепло оборотной воды, охлаждаемой в градирнях и на других объектах.
8
BY 16833 C1 2013.02.28
Источники информации:
1. Абаев Г.Н., Вегера А.И., Герасимович А.В., Гнедков И.Ф. Рекуперация низкопотенциального тепла системы оборотного охлаждения с использованием термокомпрессионных циклов. Материалы, технологии, инструменты. - 1998. - № 1. - С. 49-52.
2. Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. М.: Энергоиздат, 1982.
3. Рей Д. Тепловые насосы. - М.: Энергоиздат, 1982. - 220 с.
4. Патент BY 6345, 2004.
5. Отчет о результатах НИОКР по заданию № 55 ГНТП "Энергосбережение": "Разработать пилотную установку по рекуперации низкопотенциального тепла систем оборотного охлаждения с использованием термокомпрессионных циклов", 1998.
6. Прокопчик Г. Цена тепла // Директор. [Электронный ресурс]. - октябрь 2006. - Режим доступа: http://www.economy-law.com/cgibin/print.cgi?date=2006/10/31&name=02.
Фиг. 1
9
BY 16833 C1 2013.02.28
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 5
10
BY 16833 C1 2013.02.28
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
177 Кб
Теги
by16833, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа