Содержание к диссертации
Введение
1.Состояние проблемы и постановка задач исследования 9
1.1 .Особенности циклов парокомпрессионных теплонасосных установок 10
1.2.Абсорбционные тепловые насосы 17
1.3. Перспективы развития тепловых насосов 18
1.4.Характеристика цели работы и основных задач исследования 34
1.5.Выводы 36
2. Разработка методики расчета технико-экономических показателей теплонасосных установок для промышленных электростанций 37
2.1. Теоретический цикл парокомпрессионного теплового насоса 37
2.2. Методика расчета парокомпрессионных тепловых насосов 40
2.3. Методика расчета водоаммиачных абсорбционных тепловых насосов 45
2.4. Технико-экономическое обоснование выбора рабочих тел для парокомпрессионных тепловых насосов 50
2.5. Условия эффективного применения рабочих веществ в тепловых насосах 54
2.6.Выводы 64
3. Технико-экономическая оценка основных схем включения теплонасосных установок для использования низкопотенциального тепла 65
3.1.Использование теплонасосных установок в схемах оборотного водоснабжения с градирнями 65
3.2. Использование теплонасосных установок в схемах сетевых подогревателей 70
3.3.Использование теплонасосных установок в схемах утилизациитепла продувочной воды котлов 78
3.4. Выводы 85
4. Исследование эффективности применения теплонасосных станций 86
4.1.Тепловая схема теплонасосной станции для открытой системы теплоснабжения 86
4.2.Тепловая схема теплонасосной станции для закрытой системы теплоснабжения 89
4.3. Сравнение теплонасосных станций с промышленными котельными по КПД и расходу топлива 93
4.4.Выводы 105
Заключение 106
Литература 107
- Перспективы развития тепловых насосов
- Технико-экономическое обоснование выбора рабочих тел для парокомпрессионных тепловых насосов
- Использование теплонасосных установок в схемах сетевых подогревателей
- Сравнение теплонасосных станций с промышленными котельными по КПД и расходу топлива
Введение к работе
Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов является важнейшим условием экономического развития страны. Хотя Россия выгодно отличается от других промышленно развитых стран мира в отношении потенциальных запасов и структуры топливно-энергетических ресурсов, территориальная неравномерность их распределения вызывает значительные трудности в снабжении страны топливом и энергией. Непрерывно увеличивающийся прирост добычи топлива в удаленных, труднодоступных и суровых по климатическим условиям восточных районах требует весьма больших капитальных вложений в добычу и транспортировку топлива. Поэтому стоимость топлива возрастает, хотя и в значительно меньшей степени, чем за рубежом. Это приводит к переоценке различных способов экономии топлива: то, что раньше не оправдывалось экономически, теперь становится выгодным.
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, 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.
Во многих странах за последние годы в связи с возрастающими трудностями добычи и использования энергетических ресурсов быстро развивается производство и внедрение ТНУ. Однако в России широкого распространения ТНУ не получили из-за отсутствия достаточно
проработанных и экономически обоснованных схем использования для утилизации низкопотенциального тепла от крупных источников.
Поэтому исследования в области использования теплонасосных установок для систем теплоснабжения промышленных электростанций являются актуальными.
Данная работа выполнялась в рамках программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограммы «Топливо и энергетика» и при финансовой поддержке МОРФ (Грант № ТОО-1.2-3226).
Целью работы является повышение эффективности использования низкопотенциального тепла в схемах теплоснабжения на основе применения теплонасосных установок.
' Для достижения поставленной цели в диссертации предстояло решить следующие задачи:
-выполнить анализ теплоэнергетических показателей теплонасосных установок;
-выбрать перспективный для применения в теплонасосных установках хладоагент, который позволяет с наибольшей эффективностью осуществлять утилизацию низкопотенциального тепла;
-разработать комбинированные схемы теплоснабжения с применением тепловых насосов для использования низкопотенциального тепла от различных источников на промышленных электростанциях;
-выполнить технико-экономические расчеты по эффективности применения тепловых насосов в схемах теплоснабжения для использования низкопотенциального тепла.
Основные методы научных исследований. В работе использованы методы вычислительной математики, теории тепломассообмена, методы технико-экономических расчетов в энергетике, термодинамического анализа
энергоустановок. Для расчетов и построения графических зависимостей использовались пакеты прикладных программ Microsoft Excel и Mathcad.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1.Проведен анализ термодинамических циклов парокомпрессионных теплонасосных установок и выбор рабочего тела для применения в системах теплоснабжения для использования низкопотенциального тепла на промышленных тепловых электростанциях.
2.Разработаны комбинированные схемы теплоснабжения для комплексного использования низкопотенциального тепла, снижающие удельный расход топлива при выработке тепловой энергии.
З.Для условий работы ТКУ по полной комбинированной тепловой схеме теплоснабжения проанализированы зависимости технико-экономических показателей парокомпрессионных теплонасосных установок от параметров низкопотенциального теплоносителя и от конструктивных схем исполнения теплонасосных установок.
Достоверность результатов работы обусловлена применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, сопоставимостью полученных данньгх с другими источниками, проверкой предложенных решений на теплоэнергетических предприятиях.
Практическая ценность работы. Обоснованные в работе предложения и рекомендации по техническим решениям позволяют добиться надежной и качественной работы теплонасосных установок, сократить срок пусконаладочных и режимно-наладочных работ при вводе в эксплуатацию теплонасосных установок в современных экономических условиях. Результаты работы могут использоваться эксплуатационными и проектными организациями при выборе способов утилизации низкопотенциального тепла на промышленных электростанциях с
применением тепловых насосов и одновременным решением экологических проблем, связанных со сбросом теплоносителей.
Реализация результатов работы. Рекомендации по выбору способов утилизации низкопотенциального тепла с помощью теплонасосных установок использованы в разработке технических мероприятий по энергосбережению на предприятиях ОАО ТАТЭНЕРГО в рамках выполнения хоздоговорных работ с ОАО ТАТЭНЕРГО (Гос. per. № 0100013053. Тема: «Комплекс научно-технических работ по обеспечению выработки транспорта и распределения тепловой и электрической энергии на предприятиях ОАО ТАТЭНЕРГО»).
Автор защищает:
1 .Технические решения по комплексному использованию низкопотенциального тепла от различных источников в схемах теплоснабжения на промышленных электростанциях с применением парокомпрессионных тепловых насосов.
2.Результаты расчета показателей эффективности применения тепловых насосов для использования низкопотенциального тепла промышленных электростанций в комбинированных схемах теплоснабжения.
Личное участие. Основные результаты получены лично автором под научным руководством профессора, д. т. н. Таймарова М.А.
Апробация работы. Положения диссертационной работы представлены на: Российском национальном симпозиуме по энергетике (Казань, КГЭУ, 2001), Всероссийской школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, КГЭУ, 2002), на научных аспирантско-магистер-ских семинарах КГЭУ (Казань, КГЭУ, 2001-2003 гг.), на 15-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции. (Казань, КГУ,2003 г.), на 16-й Всероссийской научно-технической конференции «Электромехани-
ческие и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика, диагностика технических систем, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (Казань, МВАУ (филиал г. Казань), 2004 г.), на 17-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Электромеханические и внутрикамерные процессы в энергетических установках, струйная акустика и диагностика, приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» (Казань, МВАУ (филиал г. Казань), 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель исследования, защищаемые положения, дано описание структуры диссертации.
В первой главе выполнен критический обзор литературы по существующим исследованиям в области теплонасосных установок, их основному и вспомогательному оборудованию, схемам и режимам работы.
Вторая глава посвящена разработке основных схем включения теплонасосных установок в технологический цикл промышленной электростанции. Выявлены и проанализированы причины неэффективной работы теплонасосных установок.
В третьей главе разработана математическая модель теплового расчета схем промышленной электростанции с применением тепловых насосов.
В четвертой главе приводятся основные результаты расчетов схем применения тепловых насосов на промышленных электростанциях.
Диссертация выполнена на кафедре «Котельные установки и парогенераторы» Казанского государственного энергетического университета под руководством профессора, д. т. н. Таймарова М.А.
Перспективы развития тепловых насосов
Анализ полученных в [1, 36, 44] зависимостей позволяет утверждать, что в системе тепловой генератор — АТН парокомпрессионные тепловые насосы имеют меньший удельный расход топлива, чем абсорбционные с одноступенчатой регенерацией раствора.
Однако это преимущество парокомпрессионных ТНУ проявляется лишь при коэффициенте преобразования энергии ср выше значений (р=3,8. Для этого случая тепловой генератор АТН имеет коэффициент полезного действия 0,85. При этом сравнении в качестве первичного теплоносителя для парокомпрессионного теплового насоса принят отборный пар из теплофикационных турбин [36, 78].
Коэффициент преобразования энергии в ТНУ является сложной параметрической функцией и определяется в конечном итоге видом низкокипящего вещества, используемого в теплосиловом контуре, разностью температур между процессами конденсации и испарения рабочего тела.
Для энергосберегающих технологий имеются возможности дальнейшего повышения их энергетической эффективности АТН за счет технологических надстроек и перехода на циклы со ступенчатой регенерацией раствора в АТН. Перспективность применения АТН на ТЭЦ связана с вовлечением сбросных низкопотенциальных теплоносителей оборотных систем технического водоснабжения, обратной сетевой воды вместо бойлерных установок в системе теплоснабжения. Основными факторами, определяющими издержки производства тепловой энергии с помощью абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), являются стоимость высокопотенциального теплоносителя и число часов использования установки в году [36, 78]. С переводом АБТН с круглогодичного горячего водоснабжения на сезонное отопление экономический эффект от этих установок уменьшается. При сложившемся на сегодня соотношении цен на оборудование и энергоресурсы капитальная составляющая в эксплуатационных расходах находится на уровне 6 - 7 % [I]. Наибольший экономический эффект от применения абсорбционных ТНУ достигается в районах дорого топлива. Появление в России нового класса отечественных АБТН на газовом топливе расширило возможности эффективного получения горячей воды для теплоснабжения. Выполненные оценки показывают [36, 78], что срок окупаемости для абсорбционного бромисто-литиевого теплового насоса мощностью 2 МВт с газовым обогревом (АБТН-2000Г) не превышает 1,5 года для Западно-Сибирского региона и около 1 года — для Европейской части России. Парокомпрессионные тепловые насосы имеют меньший удельный расход топлива, чем абсорбционные с одноступенчатой регенерацией раствора при коэффициенте преобразования энергии ф выше значений ф=3,8. 1.3. Перспективы развития тепловых насосов Как уже отмечалось выше, специфика конструкций ТН определяется главным образом тем, что они, по сравнению с холодильными машинами, работают при более высоких температурах охлаждаемой и особенно нагреваемой среды. В ряду других средств тепло- и тегоюхладоснабжения тепловые насосы заняли прочное место в мире. Россия же по их использованию намного отстает от других государств. В 1986 - 1989 гг. ВНИИхолодмашем был разработан ряд парокомпрессионных ТН теплопроизводительностью от 17 кВт до 11,5 МВт из двенадцати типоразмеров "вода-вода", в том числе "морская вода-вода" (теплопроизводительностью 30... 1000 кВт) и "вода-воздух" (45 и 65 кВт) [23, 45]. Большая часть ТН этого ряда прошла стадию испытания опытных образцов на пяти заводах холодильного машиностроения. ТН четырех типоразмеров теплопроизводительностью 14, 100, 300 и 8500 кВт выпускались серийно. Всего с 1987 г. было изготовлено ориентировочно 4000...5000 тепловых насосов. Однако спрос на них оказался ограниченным. Лишь тепловые насосы на 14 кВт, созданные для молочных ферм, были дефицитной продукцией. Низкий спрос ни ТН в России объясняется слабостью экономических стимулов для их применения. Основное преимущество теплоснабжения с помощью ТН по сравнению с теплоснабжением от котельных, прямым электрообогревом и другими традиционными способами - экономия топлива (в тоннах условного топлива). Она достигается, если коэффициент использования первичной энергии (отношение энергии, отданной потребителю, к затраченной) у ТН выше, чем у альтернативной системы. С экономической точки зрения, применение ТН может быть оправдано, если стоимость сэкономленной энергии (топлива) превышает увеличение, по сравнению с альтернативной системой, капитальных затрат и затрат на обслуживание и ремонт ТН как более сложной и более дорогой техники. Если ТН потребляет тепловую энергию, то экономия средств от этого оценивается умножением количества сэкономленного топлива на его стоимость (с коррекцией стоимости топлива, если она неодинакова для ТН и альтернативной системы).
Технико-экономическое обоснование выбора рабочих тел для парокомпрессионных тепловых насосов
Основными технологическими требованиями к веществам, используемым в качестве рабочих тел парокомпрессионных тепловых насосов, являются: 1.Низкая нормальная (при атмосферном давлении) температура испарения /и..н с тем чтобы процесс испарения при подводе низкопотенциальной теплоты (в области значений температуры окружающей среды) происходил при давлении рн, немного превышающем атмосферное, для исключения возможности подсоса воздуха в контур рабочего тела; 2.Невысокое давление конденсации рк при требуемой температуре нагрева с целью снизить требования к конструкции компрессора, определяемые степенью сжатия pJPn, прочностные требования к компрессору, конденсатору, охладителю конденсата и соединительным трубопроводам и уменьшить потери эксергии, зависящие от приближения параметров конденсации к критическим параметрам ркр, /кр.; 3.Высокая теплота парообразования в рабочем интервале температур, что обусловливает высокие значения теплопроизводительности и коэффициента преобразования; 4.Нетоксичность, невоспламеняемость, взрывобезопасность, высокая химическая стабильность, химическую инертность по отношению к конструкционным материалам и смазочным маслам. Аммиак NH3, нашедший широкое применение в холодильных машинах, из-за токсичности, горючести и взрывоопасное, а также коррозионной активности по отношению к цветным металлам, все более вытесняется фреонами. Однако из-за возможного разложения смеси фреона со смазочным маслом предельной для многих фрёонов считается температура 130-150 С.
Наименее стоек в этом отношении фреон R-12B1, его смесь с маслом начинает разлагаться при 60 С. Наиболее стойким (до 500 С) считается фреон R-114.
Взаимодействие фреонов со смазочными маслами имеет значение, в основном, для установок с поршневыми компрессорами, где неизбежно образование смеси рабочего тела с маслом. В крупных турбокомпрессорах используются независимые системы смазки и масло в рабочее тело почти не попадает.
Минеральные масла неограниченно растворяются во фреонах (кроме R-22, R-502, R-114). Высокое содержание масла вызывает ухудшение теплопередачи в теплообменниках, влияет на значения температур испарения и конденсации, изменяет давление при той же температуре. Вязкость масла при повышении доли R-12 от 0 до 25 % снижается в 10 раз, а характер ее зависимости от температуры при этом сохраняется. Снижение вязкости для теплонасосных установок, которые работают при более высоких температурах, чем холодильные машины, может привести к ухудшению смазочных свойств на трущихся поверхностях и к нарушению работы подшипников скольжения.
Фреоны R-22, R-502 и R-114 не образуют стабильных смесей с маслом. Получается расслоение смесей, особенно при низкой температуре, затрудняется возврат масла в компрессор и замасливаются поверхности теплообмена, что ведет к ухудшению теплоотдачи. Синтетические масла в отношении взаимодействия с фреонами более благоприятны, чем минеральные масла природного происхождения.
Растворимость воды во фреонах мала, причем в водородсодержащих фреонах она на порядок больше, чем в безводородных. Повышение температуры на 60 С вызывает рост доли растворенной во фреонах воды примерно в 10 раз. Избыток воды при температуре ниже 0 С выпадав в виде льда, особенно в каналах с малым проходным сечением при использовании безводородных фреонов.
При наличии водорода в молекуле фреона возможна реакция гидролиза. При содержании влаги выше 25—40 мг/кг образование кислотных продуктов гидролиза усиливается, что вызывает ускорение процессов старения масла и коррозия металлов. Поэтому ТНУ следует подвергать сушке и снижать содержание воды во фреонах до значения, соответствующего растворимости воды.
Конструкционные металлы в сухих фреонах, как правило, не корродируют. Исключение составляют сплавы магния и алюминия с содержанием магния около 2 %. Даже незначительное содержание влаги во фреоне в этом случае вызывает коррозию при комнатной температуре, поэтому использование таких сплавов не рекомендуется.
Не рекомендуется также применять свинец и цинк. Неметаллические материалы — пластмассы и эластомеры — в конструкциях тепловых насосов используются только в качестве уплотнений или изоляции электрических машин. Но это очень важные применения, так как нарушение уплотнений вызывает утечки фреона, а разрушение изоляции - пробой в обмотке электродвигателя. С ростом содержания фтора воздействие фреонов на пластики ослабляется, а с ростом содержания водорода и хлора - усиливается.
В экологическом отношении фреоны почти безупречны, но в последние годы была выявлена опасность загрязнения атмосферы фреонами в связи с их воздействием на озоновый слой, поглощающий неблагоприятную для человека наиболее коротковолновую часть ультрафиолетового излучения солнца.
Применение фреонов в тепловых насосах и холодильных машинах не ограничивается, поскольку утечки рабочего тела сводятся к минимуму и попадание фреонов в атмосферу ничтожно мало.
Необходимые для практических расчетов р, /-диаграммы многих фреонов (12; 12В1; 13; 22; 142; 502) приведен в справочнике [24]. Выбор рабочих тел для ТНУ производится по таким основным показателям, как фт - теоретический коэффициент преобразования (отношение теплоты, отводимой в конденсаторе к теоретической работе сжатия без учета работы расширения в идеальном цикле); qv, - объемная теплопроизводительность (тепловой поток, отводимый в конденсаторе от 1 м3 пара); рк, pJpK.
По комплексу всех показателей наиболее предпочтительными рабочими телами для ТНУ в температурном интервале примерно от 0 до 80С являются R-12, R-142, R-C318, а также R-114 при tn 4 С и R-12B1 для установок с компрессорами, исключающими попадание масла во фреон.
Использование теплонасосных установок в схемах сетевых подогревателей
В зависимости от температурного уровня осуществляемого технологического процесса употребляется понятие коэффициента тепловой ценности тепла пара отборов турбины С, [8]. Коэффициенты ценности тепла отборов пара составляют =0,56 (отбор 1 МПа) и =0,21 (отбор 0,12 МПа). Производству обычно требуется пар с давлением от 0,5 до 1,5 МПа (от 5 до 15 кгс/см2). В нагревательных аппаратах, в частности в испарителях парокомпрессионных ТНУ использующих пар, происходит конденсация его при температуре насыщения, соответствующей давлению пара, чем и обеспечивается нужный температурный режим аппарата. С помощью пара указанных давлений можно поддерживать строго заданную температуру в аппаратах.
Коэффициент теплопередачи от конденсирующегося пара к подогреваемому хладагенту через металлическую разделительную стенку в 1,5—2 раза больше, чем коэффициент теплопередачи в водо-водяном теплообменнике от греющей воды к нагреваемому материалу. Так, коэффициент теплопередачи в трубчатом пароводяном подогревателе имеет значение 2900-3480 Вт/(м2-К) (2500—3000 ккал/(м2-ч-С), а в водо-водяных теплообменниках коэффициент теплопередачи имеет значение только -1510—1860 Вт/(м2-К) (1300— 1600 ккал/(м2-ч-С)).
При одинаковом температурном перепаде подогреваемой среды средняя разность температур между греющей и нагреваемой средой вдоль поверхности нагрева больше в паровом нагревателе, чем в водяном, так как температура греющей среды, в паровом подогревателе постоянна на всем пути нагреваемой среды (температура насыщения), а в водяном подогревателе она понижается к выходу из подогревателя.
Абсорбционные бромистолитиевые тепловые насосы (см. рис. 3.3) являются экологически чистым оборудованием и позволяют получить существенную экономию топливно-энергетических ресурсов. При их применении достигается значительное энергосбережение в результате более полного, по сравнению в парокомпрессионными насосами, использования вторичных тепловых ресурсов. В этом случае полностью экономится топливо, которое затрачивалось бы для выработки электроэнергии на привод парокомпрессионных ТНУ. При газовом обогреве энергетическая составляю-юшая затрат более чем в 2.5 раза меньше, чем у электроприводных холодильных машин. Для повышения надежности конструкционный материал теплообменных поверхностей абсорбера, испарителя и конденсатора -тонкостенная медная трубка, генератора - медно-никелевая трубка. скомпонованы в единый агрегат и поставляются двумя
В абсорбционных тепловых насосах (АТН) осуществляется охлаждение высокопотенциальной теплоты - пара давлением 0,6...0.8 МПа при расходе пара от отбора турбин 0,45 т на 1 ГДж вырабатываемой ТНУ тепловой энергии (см. рис. 3.3). В этом случае источником греющей среды для выпаривания раствора в генераторе может быть низкопотенциальный теплоноситель (60 ...70 С). От этого же источника теплота подводится в испаритель 3, что позволяет отвести теплоту в абсорбере 4 при температуре 80...90С (см. рис. 3.3).
При использовании природного газа при газовом обогреве расход природного газа составляет 27,5 нм3 на 1 ГДж вырабатываемой ТНУ тепловой энергии.
Абсорбционные бромистолитиевые тепловые насосы могут быть разработаны и изготовлены на типоразмерные ряды в диапазоне мощностью от 300 до 6000 кВт, предназначенные для получения тепловой энергии более высокого температурного уровня относительно греющего источника (повышающий термотрансформатор с коэффициентом трансформации около 0,5).
Анализ полученных в результате расчета зависимостей позволяет утверждать, что парокомпрессионные тепловые насосы имеют меньший удельный расход топлива, чем абсорбционные с одноступенчатой регенерацией раствора. Однако это преимущество парокомпрессионных ТНУ проявляется лишь при коэффициенте преобразования энергии ф выше значений ф=3,8. Для этого случая тепловой генератор абсорбционной ТНУ имеет коэффициент полезного действия 0,85. При этом сравнении в качестве первичного теплоносителя для парокомпрессионного теплового насоса принят отборный пар из теплофикационных турбин.
Коэффициент преобразования энергии в ТНУ является сложной параметрической функцией и определяется в конечном итоге видом низкокипящего вещества, используемого в теплосиловом контуре, разностью температур между процессами конденсации и испарения рабочего тела.
Для рассматриваемых энергосберегающих технологий имеются возможности дальнейшего повышения их энергетической эффективности за счет технологических надстроек более высоких давлений, чем базовые установки, — перехода на каскадные циклы парокомпрессионных ТНУ и циклы со ступенчатой регенерацией раствора в АТН.
Перспективность применения АТН на промэлектростанциях связана с вовлечением сбросных низкопотенциальных теплоносителей промэлектро-станций оборотных систем технического водоснабжения, обратной сетевой воды вместо бойлерных установок в системе теплоснабжения.
Основными факторами, определяющими издержки производства тепловой энергии с помощью абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов (АБТН), являются стоимость высокопотенциального теплоносителя и число часов использования установки в году [1]. С переводом АБТН с круглогодичного горячего водоснабжения на сезонное отопление экономический эффект от этих установок уменьшается.
Сравнение теплонасосных станций с промышленными котельными по КПД и расходу топлива
Часть подпиточной воды из количества 0,3 6G, необходимой для горячего водоснабжения, поступает в конденсатор 2 первого теплового насоса (TH-I), остальная вода — в охладитель конденсата 3 ТН-П. После смешения потоков вода поступает в вакуумный деаэратор 7, а затем нагревается в конденсаторе ТН-И до температуры, необходимой для горячего водоснабжения. Подогрев воды в деаэраторе до температуры испарения в вакууме осуществляется потоком воды, циркулирующей через конденсатор ТН-П. Подпиточная вода после ТН-П смешивается с водой из обратной линии тепловой сети, затем общий поток нагревается в охладителе конденсата 3 и конденсаторе 2 TH-III. Догрев воды согласно температурному графику подающей линии тепловой сети осуществляется в пиковой котельной 6.
Во фреоновые контуры ТН включены регенеративные теплообменники между потоком жидкого фреона R-114 перед дросселем 4 и потоком пара перед компрессором 1. На рис. 4.1 эти теплообменники не показаны.
Режим работы TH-I и ТН-П, покрывающих тепловую нагрузку горячего водоснабжения, изменяется в течение года незначительно, реагируя только на изменения температур холодной подпиточной воды и источника низкопотенциальной теплоты. Тепловой насос ТН-Ш работает в переменном режиме, связанном с температурными графиками воды в подающей и обратной линиях тепловой сети.
Для обеспечения единообразия систем теплоснабжения и возможности включения ТНС в действующие системы температура воды, подаваемой от ТНС в тепловые сети, принимается равной 150 С при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления [18].
Энергетические характеристики ТНС—тепловая мощность ТНУ и ПВК, коэффициент преобразования ТНУ, эксергетический КПД— зависят от температур теплоприемника и теплоотдатчика. Теплоотдатчик, в частности, охлаждающая оборотная вода после конденсаторов турбин, имеет практически постоянную температуру в течение отопительного периода. Теплоприемник—вода для нужд теплоснабжения — характеризуется переменными температурами воды в подающей t\ и обратной t% линиях тепловой сети, а также температурой холодной воды tx в соответствии с нагрузкой горячего водоснабжения.
Нагрев холодной воды позволяет охладить фреон после его конденсации, что приводит к более высокой эффективности Насоса в открытой системе теплоснабжения по сравнению закрытой.
С изменениями t\ и t% в зависимости от температуры наружного воздуха t„ изменяются и параметры фреонового цикла. Максимальная температура воды после конденсатора ТНУ tTHy макс определяется термодинамическими свойствами рабочего тела и конструкцией теплового насоса. При t\ тнумакс в установке поддерживается tTHy= /ТНумакс= const [81]. Со снижением температуры наружного воздуха tH растет температура воды в обратной линии ti и уменьшается разность между /тну макс и - Поэтому доля ТНУ в общей теплопроизводительности ТНС падает. Выбор оптимальных параметров и разработка тепловой схемы ТНС производится с помощью обычного годового графика продолжительности суммарной тепловой нагрузки с центральным качественным регулированием отпуска теплоты по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения с расчетными значениями /ip=150 С и t2p= 70 С [82]. Доля средненедельного расхода теплоты на зимнее горячее водоснабжение Qr3 в расчетной суммарной нагрузке Сум.р равна 20—25 %, т.е.уд = 0г.3/сум.р = О,2. Летом расход теплоты на горячее водоснабжение снижается примерно Добг.к=0,7ег.3[45]. Продолжительность отопительного периода равна 4920 ч/год, продолжительность работы систем горячего водоснабжения — 8400 ч/год. Сетевая вода из обратной линии поступает в бак 12, предназначенный для выравнивания суточных колебаний температуры обратной воды из-за неравномерности потребления тепла на горячее водоснабжение. Затем вода насосом 15 подается в охладители конденсата 8 и конденсаторы 2 параллельно включенных ТН и далее, уже нагретая, в бак-аккумулятор 13. Последний кроме аккумулирования теплоты выполняет также функцию дефреонатора: обеспечивает испарение и удаление из воды фреона в случае аварийного нарушения герметичности трубок конденсаторов и охладителей конденсата. Бак 13 снабжается аппаратурой для контроля химического состава воды. При работе ТНС по принудительному графику, способствующему выравниванию суточного графика нагрузки энергосистемы, в баке 12 аккумулируется обратная сетевая вода в течение нерабочего времени ТНУ, а в баке 13 — теплота (в горячей воде), выработанная на «провальной» или внепиковой электроэнергии. Из бака 13 вода сетевыми насосами 14 подается в пиковые котлы 6 и далее в подающую линию тепловой сети. От источника НПТ к испарителям 5 вода подается насосом 16. Подготовка подпиточной воды, компенсирующей утечки в тепловой сети, осуществляется следующим образом. Сырая (водопроводная) вода, подаваемая насосом 17, подогревается в водо-водяном теплообменнике 9, очищается в химводоочистке 10, затем перед поступлением в вакуумный деаэратор 7 нагревается до максимально возможной температуры. Для этого основной поток химически очищенной воды направляется в теплообменники 11, последний из которых питается водой, нагретой в ТНУ. Другая часть очищенной воды нагревается в охладителе выпара 8. Деаэрированная вода, отдав часть теплоты в теплообменнике 11, поступает в бак-аккумулятор 12. Сюда же сливается греющая вода из теплообменника 9.
