СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ТЕМПЕРАТУРОЙ 50°С В ЛЕТНИЙ ПЕРИОД ВРЕМЕНИ

предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42. 4. Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.

УДК 62-176.2

Гатина Р.З. студент 4 курса

факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»

ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ТЕМПЕРАТУРОЙ 50°С В ЛЕТНИЙ

ПЕРИОД ВРЕМЕНИ

Рассматривается эффективный способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой 50°С для выработки электроэнергии в летний период времени. Применение энергоустановки с контуром циркуляции на сжиженном пропане.

Ключевые слова: промышленные предприятия, утилизация тепловых отходов, тепловой двигатель.

Gatina R.Z.

4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»

«KNRTU» Gafurov A.M.

engineer of the I category «Management of research work»

«KSPEU» Russia, Kazan

WAY OF UTILIZATION OF THERMAL WASTE OF THE INDUSTRY WITH A TEMPERATURE OF 50°С IN A SUMMER TIME

SPAN

The effective way of utilization of thermal waste of the industry with a temperature of 50°С for electricity production in a summer time span is considered. Application of power installation with a circulation contour on the liquefied propane.

Keywords: industrial enterprises, utilization of thermal waste, heat engine.

На сегодняшний день сбросная низкопотенциальная теплота промышленных предприятий с температурой ниже 80°С является не востребованной. Наиболее простым способом избавления от этой теплоты

является выброс его в окружающую среду. Зачастую сброс тепловых отходов в водоемы может приводить к изменениям биотического компонента экосистемы. Поэтому возможность эффективного использования промышленных отходов с температурой ниже 80°С, является важной научно-технической задачей [1].

Одним из возможных способов утилизации тепловых отходов промышленных предприятий с температурой в 50°С является установка теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном газе С3Н8, в котором происходит утилизация (отбор) теплоты низких параметров для выработки электроэнергии (рис. 1). Большинство установок на низкокипящих рабочих телах состоят из четырех основных элементов: расширитель (турбина), насос, теплообменник-испаритель и теплообменник-конденсатор. Несмотря на различия в конструкциях, эти ключевые элементы образуют основу для эффективной работы и реализации процессов теплового контура органического цикла Ренкина (ОЦР), который может охлаждаться как водными ресурсами, так и воздушными ресурсами окружающей среды [2].

В летний период времени экономически целесообразно использование только водяного охлаждения, так как использование воздушного охлаждения приводит к существенным затратам мощности на электродвигатель вентилятора.

высокого давления'

Конденсатный насос

Рис. 1. Схема теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 по утилизации тепловых отходов промышленности в летний период.

Работа теплового двигателя (рис. 1) начинается с того, что сжиженный пропан С3Н8 сжимают в конденсатном насосе до высокого давления и направляют на нагрев и испарение в теплообменник-испаритель, куда поступают тепловые отходы промышленных предприятий с температурой в 50°С. Для того, чтобы осуществить процесс испарения сжиженного газа С3Н8 с расходом в 6,49 кг/с до температуры перегретого газа в 45°С необходимо подвести тепловой энергии примерно равной 2098 кДж/кг. На выходе из теплообменника-испарителя полученный перегретый газ С3Н8 направляют в турбодетандер, где в процессе расширения газа происходит снижение его температуры и давления, а мощность на валу турбины передается соединенному на одном валу электрогенератору. После турбодетандера газообразный пропан с температурой в 37,76°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 28°С в летний период времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 36°С направляют в конденсатный насос и цикл повторяется [3].

В сравнении тому, как тепловые отходы промышленности выступают в роли источника низкопотенциальной теплоты с температурой в 50°С, а окружающая среда является источником холода с температурой в 28°С в летний период времени. Тепловой двигатель на низкокипящих рабочих телах может производить работу только при отсутствии равновесия между ее термодинамической системой и окружающей средой. Поэтому фактическая работа теплового двигателя во многом зависит от количества работы, которую можно получить от термодинамической системы за счет ее внутренней энергии и подведенной к ней первичной тепловой энергии.

Температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре органического цикла Ренкина ограничивается показателями критической температуры в 96,7°С и температурой насыщения при давлении не менее 0,1 МПа. Поэтому использование сжиженного газа С3Н8 в температурном диапазоне от 100°С до минус 42°С позволит исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры [4].

Минимально допустимый температурный перепад, обеспечивающий полезную выработку электроэнергии тепловым двигателем в 6,7 кВт составляет 22°С при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды в летний период времени. В этом случаи максимально возможная эксергетическая эффективность

термодинамической системы данной установки может достигать 6,1% при использовании в качестве рабочего тела - сжиженный пропан С3Н8.

Актуальность проблемы импорт замещения решаются созданием конструкций теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 из обычных материалов и отечественных комплектующих (низкий

уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения).

Использованные источники:

1. Гафуров A.M. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.

2. Патент на изобретение №2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров A.M. 10.09.2015 г.

3. Гафуров A.M., Осипов БМ., Гафуров H.M., Гатина Р.З. Способ утилизации тепловых вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42.

4. Mисбахов Р.Ш., Mизонов В.Е. Mоделирование кинетики застывания жидкой капли при охлаждении. // Mатематические методы в технике и технологиях - MMTT. - 2015. - № 6 (76). - С. 72-74.

УДК 62-176.2

Гафуров А.М.

инженер I категории УНИР, ФГБОУ ВО «КГЭУ»

Гатина Р.З. студент 4 курса

факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»

ФГБОУ ВО «КНИТУ» Россия, г. Казань ВЫБОР НИЗКОКИПЯЩЕГО РАБОЧЕГО ТЕЛА ПО ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ТЕПЛОВОМ ДВИГАТЕЛЕ В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР ОТ 80°С ДО МИНУС 55°С Рассматривается методика выбора оптимального низкокипящего рабочего тела по термодинамическим показателям для использования в тепловом двигателе в области температур от 80°С до минус 55°С на примере C3H8 и СО2.

Ключевые слова: низкокипящее рабочее тело, тепловой двигатель, утилизация тепловых отходов.

Gafurov A.M.

engineer of the I category «Management of research work»

«KSPEU» Gatina R.Z.

4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»

«KNRTU» Russia, Kazan

THE CHOICE OF THE LOW-BOILING WORKING FLUID ON THERMODYNAMIC INDICATORS FOR USE IN THE HEAT ENGINE IN THE FIELD OF TEMPERATURES FROM 80°C TO MINUS 55°C

The technique of the choice of the optimum low-boiling working fluid on