close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка перспективной системы теплохладоснабжения на основе абсорбционных трансформаторов теплоты

код для вставкиСкачать
3
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Проблемы рационального использования топливноэнергетических ресурсов (ТЭР) в различных сферах деятельности всегда
являлись актуальными. Низкая системная энергоэффективность многих
энерготехнологических комплексов промышленных предприятий (ЭТКПП)
обуславливается тремя основными факторами: ЭТКПП формировались в период
низких цен ТЭР, разработка структуры технологических систем промышленных
производств проводилась в основном технологами без участия энергетиков;
промышленные теплоэнергетические системы (ПТС), производящие
энергоносители различного качества и количества для обеспечения
технологических процессов создавались без учета возможности использования
вторичных энергетических ресурсов
(ВЭР) технологий. Значительное
количество низкопотенциальных ВЭР технологий выбрасывается в
окружающую среду с затратами энергии и воды. Коэффициент полезного
использования энергоресурсов (КПИ) ЭТКПП редко превышает 30%. В
соответствии со стратегией развития и модернизации производств на основе
ресурсосберегающих технологий, согласующейся с Энергетической стратегией
России на период до 2030 года, разрабатываются направления эффективного
использования энергоресурсов в технологических процессах, системах и
комплексах. Особенность ЭТКПП заключается в строго регламентированных
технологических требованиях по температурным и тепловым режимам ведения
технологических процессов. При непрерывном производстве тепловыделения
могут происходить при постоянной температуре и постоянном тепловом потоке,
которые необходимо поддерживать в соответствии с технологическим
регламентом. В то же время потребители тепловых ВЭР в основном имеют
неравномерный график теплопотребления в зависимости от многих параметров.
Проведенный анализ концепций и программ развития ЭТКПП в различных
отраслях промышленности показал, что в них решаются, как правило, отдельные
задачи повышения эффективности основных технологических процессов
подготовки и переработки сырья в готовую продукцию или полуфабрикат без
учета взаимосвязи с ПТС предприятий. В условиях внедрения новых
энергосберегающих технологий и модернизации действующих, необходима
разработка соответствующих высокоэффективных, ресурсосберегающих и
экологически безопасных ЭТКПП, максимально интегрированных с
технологическими установками и обеспечивающих системную энергетическую
4
эффективность на протяжении всего жизненного цикла объекта, включая
периоды строительства и вывода из эксплуатации.
Объектом исследования является система комбинированного
теплохладоснабжения на основе абсорбционных трансформаторов теплоты.
Методы исследования. Основаны на системном анализе и синтезе
структур ЭТКПП, фундаментальных законах термодинамики, тепломассообмена
и гидрогазодинамики, математическом моделировании процессов и систем,
методах вычислительной математики и статистики, эвристических методах
синтеза новых технических решений. Расчеты внутренних циклов
абсорбционных теплообменных аппаратов (АТТ) проводились посредством
математического моделирования термодинамики растворов рабочих веществ в
программном комплексе Matlab. Процессы в контуре высокого давления АТТ
исследовались в лабораторных условиях на экспериментальной установке,
представляющей из себя контур высокого давления АТТ.
Цель и задачи работы. Цель работы – разработка новой системы для
утилизации тепловых ВЭР, обеспечивающей в комбинированном режиме
потребителей теплотой и холодом с необходимыми тепловыми потоками и
температурными уровнями, на основе использования абсорбционных
трансформаторов теплоты.
Для реализации цели предусматривалось решение следующих задач:
1. Выполнение системного анализа современного состояния качества
функционирования ЭТКПП различных отраслей промышленности по объемам и
режимам потребления ТЭР и генерации вторичных энергоресурсов.
2. Разработка новой комбинированной системы теплохладоснабжения
(СТХС) для утилизации тепловых ВЭР с параметрами QВЭР = const, ТВЭР = const
и обеспечением потребителей теплотой и холодом с необходимыми тепловыми
потоками и температурными уровнями на основе АТТ.
3. Разработка метода расчета СТХС, включающего параметры тепловых
ВЭР технологий и режимные параметры потребителей теплоты и холода с
учетом климатических условий окружающей среды.
4. Разработка математической модели АТТ и алгоритма её решения,
позволяющего определять необходимые параметры теплоносителей во всех
элементах АТТ с учетом режимных параметров теплотехнологических систем
(ТТС) и теплоэнергетических систем и климатических условий окружающей
среды.
5
5. Создание экспериментальной установки для исследования процессов в
контуре высокого давления АТТ и проведение экспериментальных исследований
с целью определения соответствия разработанной математической модели АТТ
и алгоритма её решения без использования диаграмм состояния растворов
рабочих веществ результатам полученных экспериментальных данных.
6. Обоснование принципов комплексного подхода к оценке эффективности
ЭТКПП, основанного на системной энергоэффективности при реализации
принципов максимально возможного использования ВЭР с применением СТХС,
включая системный анализ, синтез и интеграцию системы СТХС в ЭТКПП с
учетом граничных условий в виде параметров источников ВЭР, параметров
потребителей теплоты и холода и параметров окружающей среды.
7. Проведение технико–экономического и экологического анализов
эффективности применения СТХС на примере ТТС производства
экстракционной фосфорной кислоты и производства минеральных азотнофосфорных удобрений (аммофоса).
Научная новизна.
1. Впервые предложена и запатентована новая комбинированная система
теплохладоснабжения для утилизации тепловых ВЭР на основе АТТ,
обеспечивающая потребителей теплотой и холодом с необходимыми тепловыми
потоками и температурными уровнями.
2. Разработан метод расчета разработанной комбинированной системы
теплохладоснабжения, в качестве граничных условий которого используются
параметры тепловых ВЭР, потребителей теплоты и холода, а также
климатические условия.
3. На основе экспериментальных исследований подтверждена достоверность
предложенной, без использования диаграмм состояния растворов рабочих
веществ, математической модели описания АТТ.
Практическая ценность.
1. При применении разработанной СТХС в различных отраслях
промышленности возможно получить значительный экономический и
экологический эффект.
2. Разработанные методы термодинамического анализа процессов в
элементах АТТ позволяют определять эффективность АТТ в условиях
варьирования режимных параметров для совершенствования режимов
эксплуатации.
6
3.
Результаты
многопараметрического
анализа
внутренних
термодинамических циклов АТТ с известными рабочими телами могут быть
использованы для определения области наиболее эффективного выбора рабочего
тела по критерию энергетической эффективности цикла АТТ.
4. С помощью применения метода температурного соответствия тепловых
потоков в промышленных производствах возможно оценить ресурсы
энергосбережения ЭТКПП.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Комплексный подход к оценке эффективности ЭТКПП, основанный на
системной энергоэффективности при реализации принципов максимально
возможного использования тепловых ВЭР с применением СТХС.
2. Новая комбинированная система утилизации тепловых ВЭР на основе
АТТ и алгоритм её расчета с учетом граничных условий, определяемых
источниками тепловых ВЭР, потребителями теплоты и холода и
климатическими условиями окружающей среды.
3. Многопараметрические математические модели АТТ с водоаммиачным
и бромистолитиевым рабочими телами и алгоритмы их расчета.
4. Результаты экспериментальных исследований термодинамических
процессов в контуре высокого давления АТТ с бромистолитиевым рабочим
телом.
Достоверность
результатов
обусловлена
использованием
фундаментальных законов технической термодинамики, тепломассообмена,
гидравлики; математического аппарата статистики; эвристических методов
синтеза новых структурно-параметрических решений; известных методов
моделирования тепломассообменных процессов; согласованностью полученных
результатов с экспериментальными данными, полученными в других работах;
использованием современных программных комплексов Matlab, AspenOne;
проведением экспериментальных исследований в контуре высокого давления
АТТ с бромистолитиевым рабочим телом для верификации разработанных
математических моделей.
Личное участие автора. Автором разработана и изготовлена
экспериментальная установка; проведены и обобщены экспериментальные
исследования процессов в контуре высокого давления АТТ с бромистолитиевым рабочим телом; проведена оценка погрешности экспериментальных
исследований; разработана математическая модель АТТ и алгоритм её решения;
7
показано хорошее соответствие результатов экспериментальных данных с
расчетными показателями; проведен термодинамический анализ процессов во
внутренних циклах АТТ; разработана математическая модель СТХС на основе
АТТ и алгоритм её расчета; проведено технико-экономическое исследование
эффективности применения СТХС на примере ТТС производства
экстракционной фосфорной кислоты и производства минеральных азотнофосфорных удобрений (аммофоса); показан существенный ожидаемый
энергосберегающий и экологический эффект. Результаты исследования,
связанные с исследованием абсорбционного теплообменника (АТ), получены
автором лично при финансовой поддержке Российского Фонда
Фундаментальных Исследований в рамках работы «Исследование
термодинамических характеристик системы централизованного теплоснабжения
нового типа, с пониженной температурой обратной сетевой воды, на основе
применения абсорбционных технологий» (договор № 17-08-00984\17 от 03
апреля 2017 г.).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы
докладывались и обсуждались на шестой и восьмой Международной школесеминаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение. Теория и
практика», Москва 2012 г. и 2016 г.; третьей и четвертой Международных
научно-практических конференциях «Энергосбережение в системах тепло- и
газоснабжения. Повышение энергетической эффективности», Санкт-Петербург
2012 г. и 2013 г.; девятнадцатой, двадцатой, двадцать первой, двадцать второй,
двадцать третьей и двадцать четвертой Международных научно-технических
конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и
энергетика», Москва 2013 г., 2014 г., 2015 г., 2016 г., 2017 г. и 2018 г.;
двенадцатой Международной научно-технической конференции «Проблемы
теплоэнергетики», Саратов 2014 г.; международном академическом форуме
International academic forum АМО – SPITSE – NESEFF, Смоленск 2016 г.;
восьмой
международной
научно-технической
конференции
«Совершенствование
энергетических
систем
и
теплоэнергетических
комплексов», Саратов 2016 г.
Список
публикаций.
Результаты
выполненных
исследований
опубликованы в 23 работах, в том числе, в 1 учебном пособии, 1 патенте на
изобретение, 4 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендуемых перечнем
ВАК, 2 статьи в изданиях, индексируемых в Scopus.
8
Объем диссертации. Текст диссертации (содержит 175 страниц
машинописного текста (без приложений), 51 рисунок и 38 таблиц) включает в
себя введение, 5 глав, заключение, список использованных источников (100
наименований на 10 страницах) и 2 приложения (на 13 страницах).
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность работы. Показана научная новизна
и практическая ценность работы. Отражены основные положения, выносимые на
защиту.
В первой главе проведен литературный обзор и проведена оценка
потенциала использования тепловых ВЭР в различных отраслях
промышленности. Для оценки системной эффективности энергоиспользования
различных видов энергии предлагается использовать КПИ в виде (1):
∑ Эподв. − ∑ Эпотери + ∑ Эвнеш.потр.
КПИ =
(1)
∑ Эподв.
где: ∑Эподв., т.у.т/год – суммарное количество энергии, подведенное к ТТС и
теплоэнергетическим системам предприятия, включая теплоту химических реакций
технологических процессов; ∑Эпотери, т.у.т/год – потери энергии в ТТС и теплоэнергетических
системах предприятия, включая вспомогательные производства, системы обеспечения
жизнедеятельности и т.п.; ∑Эвнеш.потр., т.у.т/год – суммарное количество энергии, переданное
потребителям вне предприятия как энергетический продукт.
Для оценки эффективности использования только тепловой энергии
использовались составляющие уравнения с размерностью, ГДж/год. Для
отдельных ТТС в уравнении (1) составляющие относятся к конкретной системе,
а внешними потребителями энергии могут являться вспомогательные
производства предприятия, системы обеспечения жизнедеятельности
предприятия, другие ТТС.
Детально рассмотрены примеры из химической промышленности. На
основе работ Шелгинского А.Я. на примере завода «Воскресенские минеральные
удобрения» показан значительный потенциал энергосбережения при утилизации
тепловых ВЭР химических производств, который может составить до 2 151 500
ГДж/год и позволит исключить из теплового баланса завода сторонние
источники теплоты (котельную, ТЭЦ), оставив только резервные линии
энергоснабжения. Рассмотрена краткая характеристика потребителей и
источников тепловой энергии, а также выполнена оценка выхода ВЭР на таких
отраслях химических производств, как производство фосфорной кислоты и
производства комплексного минерального удобрения (аммофоса –
9
распространенного удобрения типа NPK: азот, фосфор, калий). Определено, что
при утилизации ВЭР рассматриваемых производств в масштабе отрасли можно
обеспечить тепловую нагрузку, эквивалентную 418,5 Гкал/ч, что эквивалентно
тепловой мощности примерно 21 средней котельной, а годовой выход ВЭР
составляет свыше 2 млн. ГДж/год теплоты с температурным уровнем выше 90
о
С. Также показаны потребность в искусственном холоде на химических
производствах и перспективность применения АТТ для выработки холода.
Проведен обзор возможных рабочих веществ для реализации циклов АТТ.
Определено, что среди возможных систем рабочих веществ (аммиачные,
спиртовые, водно-солевые, хладоновые, углеводородные) распространение в
промышленности получили только водоаммиачные и бромистолитиевые АТТ.
Показано, что, несмотря на ряд проведенных исследований, иные системы
рабочих тел распространения не получили, при этом отсутствует
апробированная теоретическая база по их расчету и моделированию. Таким
образом, определен круг рассматриваемых рабочих тел АТТ. В последней части
главы проведен обзор опыта интеграции АТТ с системами энергообеспечения
систем обеспечения жизнидеятельсти (ЭСОЖ). Кроме того, рассмотрена работа
АТТ в режиме абсорбционного теплообменного аппарата (АТ), основной
особенностью которого является возможность глубокой утилизации (до 30 – 40
о
С) теплоты ВЭР, при этом АТ служит для снабжения потребителей теплотой на
нужды системы отопления, и показана возможность реализации цикла АТ на
базе цикла традиционной абсорбционной холодильной машины (АБХМ).
Вторая глава посвящена созданию математических моделей АТТ и
разработке
принципиальной
технологической
схемы
системы
комбинированного теплохладоснабжения на основе АТТ и алгоритма её расчета.
Приведены основные уравнения, использованные для моделирования
термодинамических свойств растворов рассматриваемых рабочих веществ.
Разработанная СТХС позволит обеспечить бесперебойное обеспечение
потребителя/ей требуемым количеством теплоты на нужды вентиляции и
отопления в холодный период года, на нужды ГВС круглогодично и требуемым
количеством холода соответствующего температурного уровня в любой период
года. Принципиальная технологическая схема СТХС показана на рисунке 1.
Предполагается применение АТТ с использованием в качестве греющего
теплоносителя горячую воду, нагретую в утилизаторах тепловых ВЭР. Для
увязки теплового баланса выделяемых ВЭР и потребителей теплоты и холода
10
возможно использование градирни для отвода избытков теплоты в окружающую
среду.
Рисунок 1. Комбинированная система теплохладоснабжения для утилизации тепловых
ВЭР на основе АТТ (СТХС) (У1 – узел регулирования направления движения охлаждающей
воды (параллельно; последовательно абсорбер-конденсатор; последовательно конденсаторабсорбер; У2 – узел регулирования направления холодной воды (индивидуально через
абсорбер или конденсатор; последовательно абсорбер-конденсатор; последовательно
конденсатор-абсорбер)
В рассматриваемой системе предполагается работа АТТ по схеме АБХМ в
летний период и по схеме АТ в зимний период, причем для обеспечения работы
АТТ в режиме АТ необходимо добавить один дополнительный теплообменный
аппарат и перенаправить потоки теплоносителей.
Для предложенной СТХС алгоритм расчета показан на рисунке 2. Расчет
СТХС проводится с граничными условиями, представленными в виде
параметров утилизируемых ВЭР, требуемых параметров теплоты и холода у
потребителя, графиков потребления, климатических параметров и режимных
параметров работы самого АТТ. Производится расчет АТТ на расчетном
режиме, увязка теплового баланса АТТ с системами потребителей теплоты и
холода, определение количества утилизируемых ВЭР. Производятся следующая
итерация цикла и по завершении вывод результатов.
11
Рисунок 2. Алгоритм расчета комбинированной СТХС
Третья глава посвящена экспериментальному исследованию контура
высокого давления АТТ с бромистолитиевым рабочим телом. Контур высокого
давления включает в себя генератор и конденсатор АТТ.
Схема экспериментальной установки показана на рисунке 3. Целью
эксперимента являлась проверка возможности включения уравнения состояния
раствора бромистого лития, связывающего температуру, давление и
концентрацию в насыщенном состоянии, предложенного Заторским А.А. и
Шмуйловым Н.Г., вида (2) в разработанную математическую модель
бромистолитиевого АТТ.
1
 = ex p( + 2 + 3 ∙  − 11,4878 ∙ ln())
(2)

где:  – давление, кПа;  – температура, К;  – коэффициенты определяемые массовой
концентрацией раствора;  – температурный коэффициент
Использование данного уравнения позволило замкнуть математическую
модель бромистолитиевого АТТ и проводить расчет без использования диаграмм
состояния раствора.
12
В результате проведенных экспериментов получены изобары кипения
раствора бромистого лития. Пример сравнения экспериментальных кривых с
построенными по математической модели показаны на рисунке 4.
Рисунок 3. Макет контура высокого давления АТТ: 1 – воздушный клапан; 2 –
вакуумметр; 3 – вакуумный насос; 4 – крепеж шпилька–гайка; 5 – силиконовая прокладка; 6 –
крышка из оргстекла; 7 – медный змеевик (конденсатор); 8 – стальной корпус; 9 – силиконовая
емкость для сбора конденсата; 10 – регулируемый источник постоянного тока; 11 –
микроомметр, подключенный к термометру сопротивления; 12 – трубчатый
электронагреватель (ТЭН)
Основной определяемой величиной являлась текущая концентрация
раствора, рассчитываемая по формуле (3):
нач

() =
(3)
2  ∙  − тп
нач
нач
 + (2 − ∫ (
) ∙ )

1
нач
где: () – текущая массовая концентрация раствора, кг/кг; 
– начальная масса
нач
бромистого лития в растворе, кг; 2  – начальная масса дистиллированной воды, кг;  – сила
тока через ТЭН, А;  – напряжение источника тока, В; тп – тепловые потери в окружающую
среду с поверхности установки, Вт;  – теплота фазового перехода воды при исследуемом
давлении, Дж/кг;  – время, сек.
Рисунок 4. Пример изобар кипения раствора бромистого: 1 – теоретическая изобара при
давлении 13,3 кПа абс.; 2 – экспериментальная кривая при этом давлении; 3 – теоретическая
изобара при давлении 6,8 кПа абс.; 4 – экспериментальная кривая при этом давлении
13
Проведённые эксперименты разделяются на две серии – первая в области
низких концентраций раствора (20-30%), вторая – в области концентраций,
приближенной к действительным циклам АТТ (40-50%). Оценка погрешности
эксперимента проведена по традиционной методике определения погрешности
физической величины, определяемой косвенным измерением. Максимальная
относительная погрешность эксперимента составляет 2,3%. Эксперимент
показал хорошее схождение с математической моделью в областях, близких к
действующим АТТ. В целом неувязка общего теплового баланса находится на
удовлетворительном уровне для всех серий экспериментов (для области низких
концентраций минимальная неувязка составляет 4,4%, максимальная 8,7%; для
области концентраций, близких к действующим АТТ, минимальная неувязка
составляет 0,1%, максимальная 7,2%).
В главе 4 представлены основные результаты многопараметрического
анализа циклов АТТ (примеры которых показаны на рисунках 5 и 6) с
известными рабочими телами, которые позволили провести сравнение рабочих
тел в условиях варьирования внешних параметров по критерию величины
теплового коэффициента трансформации термодинамического цикла АТТ.
Показано, что область применения водоаммиачного рабочего тела шире не
только в области температур получаемого холода, но и в области повышенных
температур конденсации и абсорбции (выше +30 оС).
Предложен комплексный подход к оценке повышения эффективности
ЭТКПП, который апробирован на примере двух технологических линий:
производства экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) и производства
аммофоса.
Рассмотрена технологическая линия производства фосфорной кислоты
производительностью 29,1 т/ч готового продукта. КПИ исходной схемы
составляет 7,9%. На производстве в качестве тепловых ВЭР для утилизации
могут быть использованы: теплота, отводимая в СОРМ (4 160 кВт – теплота
химической реакции) и соковый пар из экстрактора (3 464 кВт – без
переохлаждения конденсата). Предварительный нагрев требуется промывочной
воде, идущей на вакуум-фильтр, необходимое количество теплоты от 4 074 в
летний период до 4 888 кВт в зимний период (в настоящее время это количество
теплоты потребляется в виде пара от ТЭЦ).
В результате проведения синтеза системы на основе предложенного
комплексного подхода получено, что при реализации интеграции системы СТХС
14
в ТТС производства фосфорной кислоты КПИ синтезированной системы
возрастет до 18,5% на расчетном режиме работы.
Рисунок 5. Результаты расчета влияния температур конденсации и абсорбции на
эффективность термодинамического цикла АТТ (для бромистолитиевого рабочего тела –
слева, для водоаммиачного – справа)
Рисунок 6. Результаты расчета влияния температуры генерации и степени регенерации
теплоты внутри цикла на эффективность термодинамического цикла АТТ (для
бромистолитиевого рабочего тела – слева, для водоаммиачного – справа)
Рассмотрена
технологическая
линия
производства
аммофоса
производительностью 27,4 т/ч готового продукта. КПИ исходной схемы
составляет 1,5%. В качестве тепловых ВЭР для утилизации могут быть
использованы: теплота сокового пара из нейтрализатора и аммонизаторагранулятора (4 380 кВт – без переохлаждения конденсата) и теплота парогазовой
смеси (ПГС) после сушильного барабана (1 987 кВт – при охлаждении до 95 оC
в летний период, дальнейшее охлаждение ограничено требуемой температурой
воды, нагреваемой для СТХС).
В зимний период при работе АТТ в режиме АТ ПГС можно охладить
теоретически до температуры точки росы и ниже. В качестве расчетного
значения в зимний период принята минимальная температура ПГС, равная 70 оС.
15
Нагрева требуют следующие потоки: газообразный аммиак до 80 оС (требуется в
среднем 195,0 кВт теплоты независимо от времени года), также целесообразен
максимально возможный подогрев воздуха перед сушильным барабаном для
снижения расхода природного газа. С учетом конечных разностей температур в
теплообменных аппаратах подогрев воздуха возможен до температуры около
100 оС (требуется в около 3 090 кВт теплоты на нагрев в зимний период и 2 650
кВт в летний период). При реализации интеграции системы СТХС в ТТС
производства аммофоса КПИ синтезированной системы возрастет до 40,4% на
расчетном режиме работы.
Структура предложенного комплексного подхода, который использовался
для получения приведенных данных, показана на рисунке 7.
Рисунок 7. Комплексный подход к оценке повышения эффективности ЭТКПП
Проведена оценка интегрального годового эффекта при утилизации
теплоты ВЭР рассмотренных производств на нужды теплохладоснабжения с
учетом числа часов стояния температур наружного воздуха в зимний и летний
периоды. В летний период дополнительно определялось значение энтальпии
наружного воздуха для расчета требуемого количества холода. Получено, что
при утилизации ВЭР производств на нужды систем отопления возможно
заместить от традиционных источников теплоты до 15 138 Гкал/год. При
использовании бромистолитиевых машин за летний период возможно
16
выработать до 3 411 МВт·ч/год холода, при использовании водоаммиачных
машин до 2 956 МВт·ч/год.
В главе 5 представлены результаты технико-экономической и
экологической оценки эффективности предложенных решений. В качестве
критерия экономической эффективности выбран дисконтированный срок
окупаемости (ДСО). В качестве дохода рассматривается замещение от сторонних
источников теплоты в зимний период и электроэнергии на выработку холода в
летний период. Расчеты проведены для различных соотношений тарифов на
теплоту и электроэнергию (рисунок 8). Важным результатом экономического
анализа является то, что применение водоаммиачных АТТ, несмотря на их
меньшую энергетическую эффективность, экономически оправдано. Это связано
с высокой стоимостью бромистого лития (до 30% общей стоимости установки).
При среднем соотношении тарифов ДСО имеет приемлемые значения в районе
6 – 9 лет.
Экологическая эффективность рассчитывалась в предположении, что с
утилизацией ВЭР замещается определенное количество энергоносителей,
выработанных на сторонних источниках. С помощью расчета удельных
выбросов на 1 Гкал теплоты или 1 кВт·ч электроэнергии получены интегральные
показатели при замещении различных видов источников.
Дополнительно проведена оценка снижения потребления воды
водооборотными циклами для летнего и зимнего периодов.
В приложениях приведены развернутые блок-схемы алгоритмов решения
подпрограмм расчета циклов АТТ, а также приведены результаты обработки
климатических параметров наружного воздуха, использованные при
определении холодильных нагрузок в летний период.
Рисунок 8. Зависимость дисконтированного срока окупаемости СТХС от соотношения
тарифов на теплоту и электроэнергию (при использовании бромистолитиевых АТТ – слева,
при использовании водоаммиачных АТТ – справа)
17
Выводы
1.
Выполнен системный анализ современного состояния качества
функционирования ЭТКПП различных отраслей промышленности по объемам и
режимам потребления ТЭР и генерации вторичных энергоресурсов, который
показал значительный ресурс энергосбережения ТЭР.
2.
Разработана новая комбинированная система теплохладоснабжения
(СТХС) для утилизации тепловых ВЭР с обеспечением потребителей теплотой и
холодом с необходимыми тепловыми потоками и температурными уровнями на
основе абсорбционных трансформаторов теплоты.
3.
Разработан метод расчета СТХС, включающий параметры тепловых
ВЭР технологий и режимные параметры потребителей теплоты и холода с
учетом климатических условий окружающей среды.
4.
Разработана математическая модель АТТ и алгоритм её решения,
позволяющий определять необходимые параметры теплоносителей во всех
элементах АТТ с учетом режимных параметров ТТС и теплоэнергетических
систем, климатических условий окружающей среды.
5.
Создана экспериментальная установка для исследования процессов
в контуре высокого давления АТТ.
6.
Проведены экспериментальные исследования с целью определения
соответствия разработанной математической модели АТТ и алгоритма её
решения без использования диаграмм состояния растворов рабочих веществ
результатам полученных экспериментальных данных
7.
Обоснованы принципы комплексного подхода к оценке
эффективности ЭТКПП, основанного на системной энергоэффективности при
максимально возможном использовании тепловых ВЭР с применением СТХС,
включая системный анализ, синтез и интеграцию системы СТХС в ЭТКПП с
учетом граничных условий в виде параметров источников ВЭР, параметров
потребителей теплоты и холода и параметров окружающей среды.
8.
Проведены технико–экономический и экологический анализы
эффективности применения СТХС на примере ТТС производств экстракционной
фосфорной кислоты и минеральных азотно-фосфорных удобрений (аммофоса),
которые показали, что после модернизации рассмотренных систем:
– при рациональном синтезе ЭТКПП с учетом модернизации
рассмотренных производств коэффициенты полезного использования теплоты
18
возрастают до 18,5% на производстве ЭФК и до 40,4% на производстве
аммофоса;
– возможно передавать тепловой поток сторонним потребителям на нужды
теплохладоснабжения до 3 550 кВт от технологической линии
производительностью 29,1 т/ч ЭФК и до 4 501 кВт от технологической линии
производительностью 27,4 т/ч аммофоса;
– при утилизации ВЭР данных производств на нужды систем
жизнеобеспечения предприятия возможно заместить в масштабе отраслей
рассмотренных производств суммарно до 364 тыс. Гкал/год;
– в масштабе отраслей при использовании бромистолитиевых машин за
летний период возможно выработать до 72,9 тыс. МВт·ч/год холода при
использовании водоаммиачных машин до 63,2 тыс. МВт·ч/год;
– в масштабе отраслей снижение вредных выбросов при замещении
источника на природном газе составит до 23,4 т/год NOx, 66,5 т/год CO, 30 063
т/год CO2 для производств фосфорной кислоты и до 84,4 т/год NOx, 239,6 т/год
CO, 108 383 т/год CO2 для производств NPK удобрений;
– в масштабе отраслей снижение вредных выбросов при замещении
источника на твердом топливе составит до 59,5 т/год NOx, 64,5 т/год CO, 51 496
т/год CO2, 185,9 т/год SOx и 27,9 т тв. частиц для производств фосфорной
кислоты и до 214,6 т/год NOx, 232,4 т/год CO, 185 648 т/год CO2, 670,3 т/год SOx
и 100,6 т тв. частиц для производств NPK удобрений;
– в масштабе отраслей сокращение потерь воды в водооборотных циклах
для производств фосфорной кислоты составит до 180,5 м3/ч в зимний период и
до 27,7 м3/ч в летний период, для производств NPK удобрений до 781,3 м3/ч в
зимний период и до 68,4 м3/ч в летний период.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Патенты
1.
Маленков А.С., Шелгинский А.Я., Яворовский Ю.В. Патент РФ на изобретение
№2609266 от 31.01.2017 г. Бюл. №4.
По перечню рецензируемых изданий ВАК
2.
Маленков, А.С. Анализ эффективности использования абсорбционных
холодильных машин в системах теплохладоснабжения предприятий [Текст] / А.С. Маленков,
А.Я. Шелгинский // Промышленная энергетика. – 2013. – № 6. – С. 16–20.
3.
Маленков, А.С. Анализ эффективности использования теплохладопунктов в
системах теплохладоснабжения предприятий [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский //
Энергосбережение и водоподготовка. – 2013. – № 6. – С. 54–57.
4.
Маленков, А.С. Когенерационные системы на основе ВЭР в производстве
минеральных удобрений [Текст] / А.Я. Шелгинский, А.С. Маленков // Промышленная
энергетика. – 2014. – №7. – С. 32–37.
19
5.
Маленков А.С. Абсорбционный теплообменник – способ снижения температуры
обратной сетевой воды [Текст] / А.В. Волков, Е.В. Жигулина, Ю.В. Яворовский, А.С.
Маленков // Энергосбережение и водоподготовка. – 2017. – № 5. – С. 25–32.
В изданиях, входящих в международную базу Scopus
6.
Malenkov, A.S. Absorption heat exchanger: energy and exergy analysis [Text] / A.V.
Volkov, A.S. Malenkov, I.V. Yavorovsky, A.I. Shelginsky, E.V. Zhigulina // International Journal of
Civil Engineering and Technology. – 2017. – vol. 8. – issue 10. – P. 1466–1480.
7.
Malenkov, A.S. Researching of the possibility of using absorption heat exchangers for
creating the low return temperature heat supply systems based on CHP generation [Text] / Y.V.
Yavorovsky, A.S. Malenkov, Y.V. Zhigulina, D.O. Romanov, S.Y. Kurzanov // IOP Conf. Series:
Journal of Physics: Conf. Series. – 2017. – vol. 891.
В учебных пособиях
8.
Маленков, А.С. Применение метода температурного соответствия тепловых
потоков для разработки оптимальных систем теплообмена [Текст]: учебное пособие / А.Я.
Шелгинский, А.С. Маленков, Ю.В. Яворовский. – М.: Издательство МЭИ, 2017. – 40 с.
Публикации в других изданиях
9.
Маленков, А.С. Перспективы использования АБХМ для утилизации теплоты
ВЭР предприятий [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский // Труды шестой международной
школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение. Теория и практика». –
М.: Издательский дом МЭИ, 2012. – С. 339-343.
10.
Маленков, А.С. Инновационные теплоэнерготехнологии в промышленности
[Текст] / И.В. Кладов, А.С. Маленков, М.И. Рудицер, Д.О. Фетисов, А.Я. Шелгинский //
Сборник докладов третьей Международной научно-практической конференции
«Энергосбережение в системах тепло- и газоснабжения. Повышение энергетической
эффективности». – СПб., 2012. – С. 61–73.
11.
Маленков, А.С. Перспективы использования АБХМ для утилизации теплоты
ВЭР предприятий [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский // Девятнадцатая международная
научно-техническая
конференция
студентов
и
аспирантов
«Радиоэлектроника,
электротехника и энергетика»: Тез. докл. В 3-х т. Т.3. – М.: Издательский дом МЭИ, 2013. – С.
184.
12.
Маленков, А.С. Когенерация в теплоэнерготехнологических системах
предприятий [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский // Сборник докладов четвертой
Международной научно-практической конференции «Энергосбережение в системах тепло- и
газоснабжения. Повышение энергетической эффективности». – СПб., 2013. – С. 72–81.
13.
Маленков, А.С. Некоторые аспекты использования абсорбционных
холодильных машин в системах тригенерации [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский //
Двадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов
«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. в 3-х т. Т.3. – М.: Издательский
дом МЭИ, 2014. – С. 215.
14.
Маленков, А.С. Применение аккумуляторов холода в системах
холодоснабжения с применением АБХМ [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский //
Сборник научных трудов по материалам двенадцатой Международной научно-технической
конференции «Проблемы теплоэнергетики». – Саратов: Издательство СГТУ, 2014. – С. 313317.
15.
Маленков, А.С. Использование низкопотенциальных тепловых ВЭР в
технологии утилизации стоков систем водоочистки промышленных предприятий [Текст] /
А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский // Двадцать первая международная научно-техническая
конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез.
докл. в 4-х т. Т.3. – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. – С. 178.
16.
Маленков, А.С. Применение современных расчетных комплексов для
моделирования систем теплохладоснабжения [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский //
20
Двадцать вторая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов
«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. в 3-х т. Т.2. – М.: Издательский
дом МЭИ, 2016. – С. 351.
17.
Маленков, А.С. Утилизация сточных вод промышленных предприятий с
использованием низкопотенциальных ВЭР [Текст] / Д.С. Михайловский, А.С. Маленков, А.Я.
Шелгинский // Двадцать вторая международная научно-техническая конференция студентов
и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. в 3-х т. Т.2. – М.:
Издательский дом МЭИ, 2016. – С. 352.
18.
Маленков, А.С. Разработка системы теплохладоснабжения на основе ВЭР цеха
производства аммофоса [Текст] / Д.А. Столяров, А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский // Двадцать
вторая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов
«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. в 3-х т. Т.2. – М.: Издательский
дом МЭИ, 2016. – С. 363.
19.
Malenkov, A.S. Investigation of the cogeneration system based on secondary energy
resources [Text] / A.Ya. Shelginsky, A.S. Malenkov // International academic forum АМО – SPITSE
– NESEFF: Proceedings of the International Academic Forum AMO – SPITSE – NESEFF. –
Smolensk: Publishing «Universum». – 2016. – P.117.
20.
Маленков, А.С. Применение современных расчетных комплексов для
моделирования АБХМ с углеводородной парой хладагент – абсорбент [Текст] / А.Я.
Шелгинский, Ю.В. Яворовский, А.С. Маленков // Труды восьмой международной школысеминара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение. Теория и практика». – М.:
Издательский дом МЭИ, 2016. – C. 248–251.
21.
Маленков, А.С. Проблемы регулирования отпуска теплоты и холода от
теплоисточников с постоянными расходами и температурами теплоносителя [Текст] / А.С.
Маленков, А.Я. Шелгинский // Проблемы совершенствования топливно-энергетического
комплекса: сб. науч. тр. вып. 8. Совершенствование энергетических систем и
теплоэнергетических комплексов: материалы XIII Международной научно-технической
конференции. – Саратов, 2016. – С. 220 – 224.
22.
Маленков, А.С. Анализ эффективности абсорбционных теплообменных
аппаратов нового типа [Текст] / Г.А. Гончаров, А.О. Третьяков, А.С. Маленков, Ю.В.
Яворовский // Двадцать третья международная научно-техническая конференция студентов и
аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. в 3-х т. Т.2. – М.:
Издательский дом МЭИ, 2017. – С. 331.
23.
Маленков, А.С. Анализ системы централизованного теплоснабжения с
пониженной температурой обратной сетевой воды [Текст] / А.С. Маленков, А.Я. Шелгинский
// Двадцать третья международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов
«Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»: Тез. докл. в 3-х т. Т.2. – М.: Издательский
дом МЭИ, 2017. – С. 365.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
14
Размер файла
2 376 Кб
Теги
перспективный, теплоты, разработка, теплохладоснабжения, система, трансформатор, основы, абсорбционная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа