Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние и перспективы использования ПТУ
1.1 Анализ состояния электроэнергетики в Иордании 12
1.2 Стратегия развития электроэнергетики Иордании 15
1.3 Тепловые схемы парогазовых установок ПГУ 18
1.4 Тепловые схемы и показатели ПГУ с котлом-утилизатором 24
1.5 Эксергетический КПД ПГУ и ПГУ ТЭЦ с КУ. 27
1.6 Использование тепловых насосов в составе тепловых электростанций 31
1.7 Заключения и выводы по главе 41
2. Выбор и обоснование типа, мощности и марки тепловых насосов при совместной работе с парогазовой установкой 42
2.1 Общие сведения 42
2.2 Показатели эффективности цикла теплового насоса 46
2.2.1 Энергетический анализ цикла теплового насоса 50
2.2.2 Эксергетический анализ цикла теплового насоса 51
2.3 Усовершенствование теплового насоса 58
2.3.1 Тепловой насос с использованием охладителя конденсата 59
2.3.2 Тепловой насос с регенеративным теплообменником 59
2.3.3 Многоступенчатые теплонасосные установки 61
2.3.4 Каскадная теплонасосная установка 65
2.3.5 Последовательное соединение тну по нагреваемому и охлаждаемому теплоносителям с противоточным движением 66
2.4 Рабочие тела теплового насоса 66
2.5 Выводы по главе 70
3. Эксергетическии анализ парогазовой установки с котлём-утилизатором вместе с тепловым насосом и без него 72
3.1 Повышения экономичности работающих установок при использовании теплоты уходящих газов котла-утилизатора и теплоты технической охлаждающей воды 72
3.1.1 Утилизация теплоты охлаждающей воды конденсатора паротурбинной установки . 73
3.1.2 Утилизация теплоты уходящих газов котла-утилизатора 79
3.2 Энергетический и эксергетическии анализы схемы ПГУ с КУ с тепловым насосом и без него 84
3.3 Сравнение теплоснабжения при использовании теплового насоса и других способов 90 ЗА тепловой насос с двухступенчатым конденсатором 93
3.4.1 Тепловой насос с одноступенчатым конденсатором 99
3.4.2 Тепловой насос с двухступенчатым конденсатором (с конденсатором и охладителем перегретых паров) 100
3.5 Влияние хладагента на эффективность теплового насоса 102
3.6 Выводы по главе 108
4. Технико-экономическая оценка основных схем включения теплонасосных установок для использования низкопотенциальной теплоты . 109
4.1 Термодинамическая возможность использования теплового насоса на ТЭЦ
4.2 Использование теплонасосных установок в схемах оборотного водоснабжения с градирнями 116
4.3 Пример расчета 125
4.4 Выводы по главе 140
5. Заключение и выводы по диссертации 141
Список использованной литературы 143
- Стратегия развития электроэнергетики Иордании
- Показатели эффективности цикла теплового насоса
- Утилизация теплоты охлаждающей воды конденсатора паротурбинной установки
- Использование теплонасосных установок в схемах оборотного водоснабжения с градирнями
Введение к работе
Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов является важнейшим условием экономического развития страны. Особенно это задача станется более важной перед странами зависят полностью от импорта теплоносителя как, например Иордания.
В отличие от некоторых других стран на Ближнем Востоке Иордания не имеет нефти и полностью зависит от импортируемых теплоносителей из соседних стран. В 2004 году страна использовала 6,49x10 тонн условного топлива (т.у.т.) по сравнению с 4,49x106 тонн в 1996 году. Это энергетическое потребление разделено между транспортными, промышленными, резидентными и коммерческими и общественными секторами с 40%, 22%, 18% и 20% соответственно [74]. В течение последнего периода цена теплоносителя резко увеличилась, и экономическое состояние Иордании сложилось. Это приводит к переоценке различных способов экономии топлива: то, что раньше не оправдывалось экономически, теперь становится выгодным. Например, 1-2 года назад в Иордании никто не использовал электричество для отопления, но на сегодняшний день много жителей страны обогревают их дом с помощью электрической батарей из-за высокой цены керосина и сжиженного газа (популярные топлива в стране).
Проблема обеспечения растущих потребностей в топливно-энергетических ресурсах включает комплекс задач по поиску и разработке альтернативных источников энергии и внедрению рациональных способов сокращения расхода топлива.
Одним из эффективных мероприятий по экономии топлива и воды, а также по защите окружающей среды, представляется широкое использование теплонасосных установок (ТНУ), преобразующих природную низкопотенциальную теплоту и тепловые отходы в теплоту более высокой температуры, пригодную, в частности, для теплоснабжения [66]. На ТЭС и в котельных эксергия топлива преобразуется в эксергию продуктов сгорания,
которая используется для получения электроэнергии и передается другим энергоносителям (воде, водяному пару). В традиционных системах теплоснабжения для получения новых количеств эксергии потребляется новые количества первичных энергоресурсов (топливо). В теплонасосных установках значительная часть (70-80%) эксергии преобразуется из низкопотенциальной теплоты с затратой некоторой доли (20-30%) первичной эксергии [57].
Согласно прогнозам мирового энергетического комитета к 2020 году 75% теплоснабжения в развитых странах будет осуществляться с помощью тепловых насосов. Этот прогноз успешно подтверждается. В настоящее время в мире работает около 20 млн. ТН различной мощности. Так, например, в Швеции общее количество теплоты, вырабатываемой теплонасосными установками (ТНУ), составляет около 50% [49].
Однако в Иордании широкого распространения ТНУ не получили из-за отсутствия достаточно проработанных и экономически обоснованных схем использования для утилизации низкопотенциальной теплоты от крупных источников.
Поэтому исследования в области использования теплонасосных установок для систем теплоснабжения промышленных электростанций являются актуальными.
Целью работы является повышение эффективности использования низкопотенциальной теплоты в схемах теплоснабжения на основе применения теплонасосных установок. Предлагается применять ТНУ вместо градирен, что, помимо утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты позволяет: увеличить работу пара в турбине и, тем самым повысить выработку электроэнергии; уменьшить расход прокачиваемой циркуляционной воды, соответственно снизив мощность циркуляционного насоса; установить оптимальные вакуум и температуру циркуляционной воды в конденсаторе в любое время года; снизить размер отчислений в экологический фонд за отбор свежей воды из рек и уменьшить сброс низкопотенциальной теплоты.
Иными словами, экономия (замещение) органического топлива с помощью ТН происходит за счет полезного вовлечения выбросов низкопотенциальной теплоты на ТЭЦ. Это достигается двумя способами: прямым использованием охлаждающей технической воды ТЭЦ в качестве источника низкопотенциальной теплоты (ИНТ) для ТН (в обход градирни); использованием в качестве ИНТ для ТН обратной сетевой воды (ОСВ), возвращаемой на ТЭЦ, температура которой снижается до 20-25 С.
Для достижения поставленной цели в диссертации предстояло решить следующие задачи:
выполнить энергетический и эксергетический анализы теплонасосных установок;
выбрать перспективный для применения в теплонасосных установках хладагент, который позволяет с наибольшей эффективностью осуществлять утилизацию низкопотентциальной теплоты, и одновременно уменьшить загрязнение окружающей среды;
разработать комбинированную схему парогазовой установки с котлом-утилизатором (ЛГУ с КУ) и с применением теплового насоса для использования теплоты охлаждающей воды и уходящих газов;
выполнить технико-экономические расчеты по эффективности применения тепловых насосов в составе ПТУ с КУ.
Основные методы научных исследований. В работе использованы методы вычислительной математики, теории тепломассообмена, методы технико-экономических расчетов в энергетике, термодинамического анализа энергоустановок.
Научная новизна работы заключается:
1. В разработке комбинированной схемы ПТУ с КУ с применением теплового насоса, использующего теплоту охлаждающей воды
конденсатора паротурбинной установки.
В проведении энергетического и эксергетического анализа циклов комбинированной схемы ИГУ с КУ и с тепловым насосом и без него.
В анализе зависимости технико-экономических показателей парокомпрессионных теплонасосных установок от параметров низкопотенциального теплоносителя и от конструктивных схем исполнения теплонасосных установок.
Достоверность исследований Применены современные методы термодинамического анализа (энергетического и эксергетического анализа) прямых и обратных циклов, проведено сопоставление полученных результатов исследований известных ученых в области теплового насоса.
Практическая ценность работы. Обоснованные в работе предложении по техническим решениям позволяют добиться надежной и качественной работы теплонасосных установок. Результаты работы могут использоваться эксплуатационными и проектными организациями при выборе способов утилизации низкопотенциальной теплоты на промышленных электростанциях с применением тепловых насосов и одновременными решением экологических проблем.
Реализация результатов работы. Рекомендации по выбору способов утилизации низкопотенциальной теплоты на ПГУ (теплота охлаждающей воды в конденсаторе паровой турбины и теплота уходящих газов) с помощью теплонасосных установок.
Автор защищает:
1. Технические решения по комплексному использованию
низкопотенциальной теплоты от различных источников (охлаждающей воды в конденсаторе паровой турбины и уходящих газов котла-утилизатора) на промышленных электростанциях с применением парокомпрессионных тепловых насосов.
2. Результаты энергетического и эксергетического анализов эффективности применения тепловых насосов для использования низкопотенциальной теплоты промышленных электростанций для отопления, горячего водоснабжения и нагрева питательной воды котла-утилизатора. Публикации. По теме диссертация опубликовано 8 печатных работ. Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав,
заключения, списка литературы. Основной текст изложен на 150 страницах,
диссертация содержит 46 рисунков, 10 таблиц, список использованных
источников, включающий 76 наименования.
Основное содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследования, приведены основные защищаемые положения, научная и практическая ценность работы, дано описание структуры диссертации.
В первой главе проведен обзор и анализ тепловых схем парогазовых установок. Кроме того, выполнен обзор литературы об использовании тепловых насосов в составе тепловых электростанций.
Во второй главе рассмотрены принцип работы ТН и область их применения. Представлены энергетический и эксергетический анализы ТН. В конце главы показаны усовершенствования схем тепловых насосов.
Третья глава посвящена разработке методики расчета энергетических и эксергетических показателей парогазовой установки с котлом-утилизатором и с тепловым насосом и без него.
Четвертая глава содержит технико-экономическую оценку основных схем включения ТНУ в цикл промышленной электростанции.
Диссертация выполнена на кафедре «Промышленная теплоэнергетика» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета под руководством профессора, д.т.н. Боровкова В.М.
Стратегия развития электроэнергетики Иордании
В свете ожидаемого роста спроса на электрическую энергию в Иордании (см. рис. 1.1), работающие электростанции были усовершенствованы и расширены CEGCO (см. табл. 1.4). Эти проекты разработаны согласно современным техническим исследованиям (с минимальными потерями внутренней мощности), а также согласно статистическим данным анализа генерации электроэнергии в Иордании и их сравнения с аналогичными международными данными. Кроме того, и чтобы покрывать растущую потребность на электроэнергию, правительство открыло дверь перед частными инвесторами.
Будущие электростанции должны иметь высокий коэффициент полезного действия (максимальный коэффициент полезного действия работающих электростанций - 34%), отвечать требованиям экономики Иордании, и международным экологическим требованиям. Помимо нехватки источников энергии (нефть и природный газ) Иордания является одной из стран, страдающих от недостатка воды, а это ограничивает возможности строительства новых электростанций, использующих воду для охлаждения и в качестве рабочего тела (теплоносителя).
На основании экономических и экологических требования рекомендуется развитие использования возобновляемых и нетрадиционных источников энергии (солнечной и ветровой). В этой сфере есть несколько проектов (в городах Алъсамра и Гуйра), но их участие в решение энергетической и экономической проблем страны пока скромное. В Альсамре строится частная комбинированная электростанция с мощностью 302 МВт. Станция будет генерировать 20% необходимой электроэнергии для Иордании. Структурный состав ЛГУ: две газовые турбины; два котла-утилизатора; паровая турбина; конденсатор и градирни; насосы, водных устройств опреснения.
Электростанция будет полностью автоматизирована. Топливо для этой электростанции - природный газ, поставляемый Египтом. Ввод мощностей в промышленную эксплуатацию производится в два этапа: 1-й блок в июле 2005, 2-й в третьем квартале 2006 года.
Проект Гуйара нацелен на развитие гибридных электростанций мощностью 100-150 МВт, использующих солнечную энергию и котельные, сжигающие мазут или природный газ в районе Куваира на юге Иордании.
Важнейшей проблемой в электроэнергетике Иордании являются физический износ основного оборудования, отсутствие эффективных способов охлаждения и, следовательно, низкие значения КПД существующих ТЭС (Мгэ7 30% Аль Хусейн электростанция).
Одним из главных стратегических направлений развития электроэнергетики Иордании предусматривается сооружение новых энергоблоков, в том числе на площадках действующих электростанций, с использованием современных высокоэффективных парогазовых и газотурбинных технологий для электростанций на природном газе.
В последние годы значительно возобновился интерес к энергетическим ГТУ и ПТУ, их особенностям и работе на электростанциях. Парогазовые установки на природном газе - единственные энергетические установки, которые в конденсационном режиме работы вырабатывают электроэнергию с КПД нетто более 58% [62]. Предполагается, что будущее энергетики Иордании за комбинированными установками, так как их коэффициент полезного действия очень высокий, и при этом возможно использовать природный газ вместо мазута, что уменьшит стоимость вырабатываемой энергии и загрязнение окружающей среды.
Парогазовые установки - это разновидности комбинированных энергетических установок. Термодинамические циклы комбинированных установок состоят из двух и более простых циклов, совершаемых, как правило, различными рабочими телами в разных диапазонах изменения температуры. Циклы, осуществляемые в области высоких температур, принято называть верхними, а в области более низких температур - нижними.
В качестве верхнего цикла в парогазовом цикле используют цикл газотурбинной установки, рабочим телом которого являются продукты сгорания топлива, или «газы». В качестве нижнего цикла используют цикл паротурбинной установки, рабочим телом которого является водяной пар. Отсюда и получившее широкое распространение название циклов и установок -парогазовые [11].
Таким образом, одним из возможных путей повышения экономичности тепловых электростанций является создание комбинированных парогазовых установок, позволяющих значительно повысить КПД и уменьшить капитальные затраты при сооружении электростанций.
Идея создания парогазовых установок, использующих в качестве рабочих тел продукты сгорания топлива и водяной пар, впервые была высказана французским инженером Карно ещё в 1824 г. Он предложил схему поршневой парогазовой установки и обосновал основное условие создания эффективных парогазовых установок - использование продуктов сгорания топлива в качестве рабочего тела в области высоких температур с одновременной утилизацией отбросного тепла газов для получения рабочего пара [2]. Объединение газотурбинных и паротурбинных установок в составе комбинированных парогазовых установок осуществляют различными способами, при этом получаются различные тепловые схемы, различной состав оборудования и основные характеристики работы. Следует отметить, что тепловая схема парогазовой установки - основной фактор, определяющий как тип ПТУ, так и ее энергетические, экологические и экономические характеристики. Все многообразие известных тепловых схем можно распределить по группам, в пределах которых установки обладают рядом характерных общих свойств.
Разделение комбинированных установок следует осуществлять, прежде всего, по принципу использования теплоты высокого потенциала, т.е. теплоты сгорания топлива. Если основная часть теплоты приходится на паровой контур (паровую часть), то такие установки называют парогазовыми установками (ПТУ). В том случае, когда топливо вводится, в основном, в газовой контур (газовую часть), установки называются газопаровыми установками (ГПУ) [5].
Из практики известно, что число различных циклов и схем, по которым могут быть осуществлены парогазовые установки, чрезвычайно велико. Наиболее общими и характерными признаками этих установок являются: особенности тепловых схем и циклов, способы преобразования тепловой энергии в электрическую, типы паровых котлов и свойства рабочих тел.
Показатели эффективности цикла теплового насоса
История тепловых насосов началась в 1852 году, когда Уилям Томсон (Лорд Кельвин) предложил устройство, названое им умножителем теплоты, и показал как можно эффективно использовать холодильную машину для целей отопления, переноса тепловую энергию от источника низкого потенциала к источнику более высокого потенциала. С тех пор принцип действия теплового насоса не претерпел существенных изменений [67].
Тепловой насос работает следующим образом: в результате подвода низкопотенциальной теплоты в испаритель теплового насоса (рис.2.2) происходит кипение рабочего тела, пары которого сжимаются в компрессоре с повышением энтальпии и температуры за счет работы сжатия.
Существуют две группы параметров, характеризующих качество и эффективность использования тепловых насосов: технические, которые отражают техническое качество ТН и эффективность рабочих процессов в его элементах, и параметры, которые отражают термодинамическую и экономическую эффективность использования ТН в заданных условиях.
К техническим параметрам относятся: использование определенного рабочего вещества, потери на дросселирование, адиабатный КПД и отношение давлений в цикле ТН, коэффициент совершенства (полный КПД) ТН и др. Эти параметры за последние 20-25 лет стабализиравались и примерно одинаковы для ТН различных фирм.
Основным термодинамическим и экономическим параметром, является действительный коэффициент преобразования энергии в тепловом насосе \ідейсп. Он в основном зависит от разности температур холодного и горячего теплоносителей и меньше - от средней разности температур при теплопередаче в испарителе и конденсаторе ТН, т.е. от температурных условий, заданных при проектировании или сложившихся при эксплуатации ТН [31].
В компрессионных ТНУ имеют место следующие необратимости: Внутренние - процесс сжатия в компрессоре и процесс дросселирования; Внешние необратимости, возникающие в результате теплообмена при конечной разности температур в конденсаторе и в испарителе. Термодинамическую эффективность цикла можно выразить следующей формулой [70]: гДе /1деаст Мидеш, коэффициент преобразования действительного (реального) и идеального теплового насоса соответственно.
Действительный цикл можно представить как результат, полученный после очередного изменения, идеального обратимого цикла Карно (рис. 2.3). На рис.2.3, цикл 1 представлен идеальный обратимый цикл Карно для данных постоянных температур источников тепла Тос, Тш. Рис.2.3, цикл 2 представляет внешне необратимый цикл Карно, когда передача тепла между рабочим телом и источником тепла осуществляется при конечной разности температур и степень термодинамического совершенства в этом случае % 1. На рис.2.3, цикл 3 показано дальнейшее изменение цикла при наличии внутренней необратимости процесса дросселирования. При этом г\э =лдЛ ,- Схема рис.2.3, цикл 4 учитывает действительный процесс в конденсаторе, где пар перегрет и rf, - ЧЛ. = ЧЛЛ, Наконец, мы переходим к действительному циклу, в котором имеется также необратимость процесса в компрессоре (рис. 2.3, цикл 5).
Значения удельных расходов электрической энергии на трансформацию тепла и значения коэффициентов преобразования ц не могут служить объективными показателями технического совершенства теплонасосных установок (ТНУ), т.к. они не учитывают качества энергии (второй закон термодинамики). Поэтому эти характеристики пригодны для сравнения ТНУ, работающих в одинаковых температурных интервалах при одинаковых графиках нагрузки.
Эксергия - это максимальная полезная работа, которая может быть получена от потока рабочего тела, когда оно обратимо переходит из состояния, характеризуемого удельной энтальпией Л, удельной энтропией s, скоростью с и высотой z, в состояние равновесия с окружающей средой [69].
В процессах или системах общая сумма эксергии не сохранена, а уничтожена из-за внутренних необратимостей. В термодинамической системе эксергия может быть передана системе или отведена из неё в трех формах: тепло, работа и массовый поток, которые признаны на границах системы.
Утилизация теплоты охлаждающей воды конденсатора паротурбинной установки
Замкнутость пароводяного цикла тепловых электростанций предопределяет необходимость конденсации всего расхода пара, проработавшего в турбине. Этот процесс, изображенный на рисунке 3.1 в Т, s-диаграмме осуществляется в конденсационной установке при постоянном давлении за счет подогрева охлаждающей воды, температура которой ниже температуры насыщения пара. На рисунке 3.1 изменение температуры охлаждающей воды отвечает длине пути воды в конденсаторе и на Т, s-диаграмме показано условно.
Процесс конденсации может идти при любом давлении. Однако чем меньше температура отвода теплоты цикла (что соответствует более низкому давлению конденсации), тем выше тепловая экономичность паротурбинной установки при неизменных начальных параметрах, если при этом не возникают потери из-за необратимости протекающих процессов. Характеристики водяного пара таковы, что, добиваясь расширения пара в турбине до давлений, меньших атмосферного, можно увеличить теплоперепад в ней на 25—30 и даже 40 % в зависимости от начальных параметров пара. Поэтому основная задача конденсационной установки — установление и поддержание разрежения в выхлопном патрубке турбины, а тем самым и внутри конденсатора.
Величина вакуума в конденсаторе существенно влияет на тепловую экономичность станции. Углубление вакуума с 9,8 до 3,9 кПа увеличивает КПД ПГУ на 1,25...1,37(при использовании ГТУ с КПД 37,3% и температурой выхлопных газов 650 С. Конечная влажность пара не превышает 9% за последними лопатками) [12]. Понижение давления в конденсаторе более чем до Р,=3.5-4кПа, чему соответствует температура насыщения t2 =26,68 -28,96 С, ограничивается прежде всего температурой охлаждающей воды /ш, колеблющейся в зависимости от климатических условий от нуля до 25-30 С.
Давление в конденсаторе (кПа) Рис. 3.2 Влияние понижения давления в конденсаторе на термический КПД паротурбинной установки (/, = 550, Р, = 16.67Л/Яа). Конденсация пара в конденсаторе происходит за счет нагрева циркуляционной охлаждающей воды от начальной температуры toxl до конечной t0X2 (см. рис. 3.1), поэтому температура конденсации не должна превышать t0X2 и может лишь приближаться к ней. Между тем температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор tox\y в зависимости от выбранной системы технического водоснабжения и месторасположения станции, меняются в пределах от 0 до 15 С в зимнее время и от 15 до 33 С в летнее. Если принять нагрев воды в конденсаторе около 10 С, то выходные температуры воды летом составят от 25 до 43 С. Воспользовавшись зависимостью температуры насыщения от давления пара (см. рис. 3.3), можно установить, что давление в конденсаторе может при этом составить 0,0033 - 0,006 МГГа.
Из уравнения (3.5) следует, что температура (давление) конденсации в наибольшей степени зависит от начальной температуры охлаждающей воды и, следовательно, от источника и системы водоснабжения, а также от времени года (зимой поддерживать вакуум легче). Но при одной и той же начальной температуре охлаждающей воды вакуум в конденсаторе существенно зависит от кратности охлаждения, поэтому выбор вакуума в конденсаторе может быть сделан только на основе технико-экономических расчетов. При этом следует учитывать, что чем глубже вакуум, тем выше экономичность турбинной установки, меньше расход пара и расход на конденсатные насосы, но тем больше должна быть поверхность теплообмена в конденсаторе и кратность охлаждения. Следовательно, возрастают капиталовложения в циркуляционную установку, и увеличивается расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов. На рисунке 3.4 приведена зависимость давления в конденсаторе от кратности охлаждения при 5,= 3 К для трех значений входной температуры охлаждающей воды: 10, 15 и 20 С. Расчетные кривые построены, исходя из следующих соображений. На входе в конденсатор пар обычно бывает влажным. Полная теплота парообразования для давлений от 0,003 до 0,005МПа может быть в среднем оценена как 2430 кДж/кг. Если принять влажность пара на входе в конденсатор в среднем равной 9,0% (степень сухости, х = 0.91), то для конденсации 1 кг пара необходимо отвести от него 2215 кДж/кг. Тогда вместо (3.5) с учетом теплоемкости воды можно написать: Из рисунка 3.4 следует, что увеличение кратности охлаждения сверх значений порядка 80 нецелесообразно, так при этом теоретически возможный вакуум в конденсаторе изменяется в малой степени. Но для сохранения того же вакуума и, следовательно, той же экономичности паротурбинной установки придется увеличить кратность охлаждения, в связи с чем, возрастут капиталовложения на циркуляционное водоснабжение и соответствующие расходы на собственные нужды. Поэтому вариантные расчеты для выбора кратности охлаждения и оптимальной величины вакуума должны производиться для различных значений s, и связанных с этим величин поверхности нагрева конденсатора. Однако все эти достаточно сложные расчеты не могут дать окончательного ответа, так как давление в конденсаторе - величина, непосредственно сопряженная с давлением за последней ступенью турбины.
Использование теплонасосных установок в схемах оборотного водоснабжения с градирнями
Следует отметить, что сегодня интерес к использованию ТН в различных системах теплоснабжения велик, причем в ряде случаев, применение ТН как термодинамически, так и технико-экономически оказывается выгодным.
При оборотной системе водоснабжения с градирнями теплота подогрева оборотной воды в конденсаторе вполне достаточна для использования в практических целях на основе применения тепловых насосов. Повышение температуры оборотной воды зависит от расхода охлаждающей воды. Расход воды через конденсатор Gm зависит от мощности турбины и определяется из уравнения теплового баланса конденсатора. Q,=Gm{hm2-haX) (4.14) где QK- тепло, переданное охлаждающей воде, ккал/ч; hm2,hml- соответственно энтальпии охлаждающей воды на выходе и входе конденсатора, ккал/кг.
При включении теплового насоса в схему оборотного водоснабжения с градирней (рис. 4.1), эта теплота может быть передана на подогрев обратной сетевой воды, возвращающейся из теплосети или питательной воды.
С позиций системного подхода парокомпрессионные теплонасосные установки используются в топливно-энергетическом комплексе, что определяет критерий в оценке энергосберегающих технологий, которым является расход топлива [46].
Необходимым условием для практического осуществления трансформации теплоты является то, что температура испарения Ты должна быть не менее чем на 5 С ниже температуры оборотной воды после конденсатора турбины, а температура конденсации рабочего вещества Тк должна быть не менее чем на 5 С выше температуры нагреваемой сетевой воды (или питательной воды).
Для сравнения экономии топлива в качестве установки, замещающей ТНУ, примем котельную с удельным расходом топлива bTKOT, кг/(кВт.ч). Расход топлива на выработку израсходованной на привод ТНУ электроэнергии будет определяться через удельный расход топлива на КЭС, равный Ь ,, кг/(кВт.ч).
Обычно для промышленной электростанции удельный расход условного топлива на выработку электрической энергии составляет 6 =0,33...0,40 кг у.т/кВт.ч в зависимости от условий работы электростанции. 1. Было показано, что дополнительная электрическая энергия, полученная при использовании ТН в составе КЭС покрывает только небольшую долю электрической энергии, необходима на привод компрессора ТН для того, чтобы понизить температуру охлаждающей воды (на 1 К). 2. Применение ТНУ для утилизации теплоты сбросных теплоносителей в системах энергоснабжения предприятий может обеспечивать значительную экономию топлива только при оптимальных режимах их работы и минимальных температурных напорах в теплообменных аппаратах. 3. Достигаемая экономия топлива при работе ТНУ существенно зависит от глубины охлаждения в ней утилизируемого «холодного» и степени нагрева горячего теплоносителей. 4. Утилизация теплоты сбросного теплоносителя с низкой температурой наиболее выгодной оказывается при нагреве в ТНУ воды для горячего водоснабжения ( на бытовые нужды). 1. ТЭС представляет собой идеальный объект для применения ТНУ, поскольку является одновременно источником низкопотенциальной (сбросной) теплоты и потребителем теплоты более высокого потенциала. Показано, что дополнительная электрическая энергия, полученная при использовании ТН в составе КЭС покрывает только небольшую долю электрической энергии, необходима на привод компрессора ТН для того, чтобы понизить температуру конденсации пара в конденсаторе. 2. Применение ТНУ для утилизации теплоты сбросных теплоносителей в системах энергоснабжения предприятий может обеспечивать значительную экономию топлива (Для сравнения экономии топлива в качестве установки, замещающей ТНУ, примем котельную с удельным расходом топлива bTK0T, кг/(кВт.ч). Расход топлива на выработку израсходованной на привод ТНУ электроэнергии будет определяться через удельный расход топлива на КЭС, равный У , кг/(кВт.ч) только при оптимальных режимах их работы и минимальных температурных напорах в теплообменных аппаратах. 3. Достигаемая экономия топлива при работе ТНУ существенно зависит от глубины охлаждения в ней утилизируемого «холодного» и степени нагрева горячего теплоносителей. 4. При использовании ТНУ с газотурбинным приводом и при наличии аккумуляторов теплоты делает ТЭС маневренным энергоисточником, способным покрывать не только пики электрической нагрузки, но и аккумулировать энергию в часы ночных провалов электропотребления. Кроме того, тепловые насосы могут выполнять функции аварийного резерва. 5. Оптимальный хладагент должен иметь низкую теплоемкость и высокую теплоту парообразования (теплоту фазового перехода), г0. Кроме того, хладоагенты для теплового насоса должны выбираться такими, у которых большая величина {81 I ds)xltb. 6. Одним из путей повышения эффективности ТН является использование охладителя перегретых паров рабочего тела, отдельного от конденсатора. При этом внешняя необратимость, связанная с условиями взаимодействия системы с приемником энергии, уменьшается, что приводит к повышению эффективности ТНУ. Иными словами, введение ОП приводит к уменьшению разности температур потоков в ОП, и в результате повышается эксергетический КПД конденсатора. 7. Применение ТНУ повышает экологичность ТЭС, так как способствует снижению тепловых и химических вредных выбросов в окружающую среду.
