Повышение эффективности рудничных компрессорных установок за счет утилизации вторичных энергоресурсов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат наук Жаткин, Александр Николаевич

• Жаткин, Александр Николаевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Жаткин, Александр Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ.

Введение.

1. Аналитический обзор системы утилизации вторичных энергоресурсов

рудничных компрессорных установок.

1.1.Общая характеристика вторичных энергоресурсов

1.2.Вторичные энергоресурсы рудничных компрессорных установок

1.3.Тепловые насосы в системе утилизации ВЭР РКУ

1.4. Анализ современного состояния производства и использования парокомпрессорных тепловых насосов

1.5. Влияние параметров окружающей среды на эффективность работы теплового насоса совместно РКУ

1.6. Способы повышения эффективности тепловых насосов

1.6.1 Использование современных рабочих агентов

1.6.2. Действительный цикл ТНУ и способы его реализации

1.6.3. Математическое моделирование ТНУ

1.7. Обоснование выбора задачи исследования

2. Аналитические исследования утилизации тепловой энергии.

2.1. Влияние параметров ТНУ на ее эффективность

2.2. Оценка влияний потерь в элементах ТНУ

2.2.1. Анализ внешних потерь в ТНУ

2.2.2. Анализ внутренних потерь в ТНУ

2.3. Влияние типа применяемого рабочего агента в ТНУ

2.4. Влияние разности температур между ВЭР и теплопотребителем

2.5. Влияние переохлаждения рабочего агента

2

2.6. Влияние двухступенчатого сжатия в компрессоре ТНУ на его характеристики

2.6.1. Методика расчета ТНУ с двухступенчатым сжатием

2.6.2.. Влияние применения двухступенчатого сжатия рабочего агента на

характеристики ТНУ

Выводы по второй главе

3. Моделирование и аналитическое исследование работы ТНУ при утилизации ВЭР РКУ.

3.1. Математическая модель парокомпрессионной ТНУ

3.1.1 Постановка задачи для математического моделирования ТНУ

3.1.2. Математическая модель компрессора ТНУ

3.1.3 Математическая модель конденсатора ТНУ

3.1.4. Математическая модель испарителя ТНУ

3.1.5. Базовые уравнения математической модели ТНУ

3.1.6. Исходные данные расчёта параметров режима совместной работы элементов ТНУ

3.2. Анализ работы ТНУ в составе РКУ

3.2.1. Определение тепловых потерь с поверхностей отапливаемых

зданий с учетом влияния скорости ветра

3.2.2 Методика расчета комбинированной ТНУ с учетом влияния скорости ветра

3.3. Анализ эффективности применения ТНУ с целью утилизации

ВЭР РКУ

3.3.1. Анализ традиционной схемы подогрева сетевой воды

3.3.2 Методика расчета традиционной схемы подогрева сетевой воды на ТЭЦ

3.3.3.Тепловой расчёт традиционной схемы подогрева сетевой воды

3.3.4. Анализ схемы подогрева сетевой воды ТНУ с ВЭР РКУ на новых рабочих агентах

Выводы по третьей главе

4. Технико-экономическая оптимизация ТНУ с учетом переменных нагрузок и вариантов утилизации ВЭР РКУ.

4.1. Постановка задачи технико-экономического обоснования

4.2. Исходные данные для технико-экономических исследований ТНУ с утилизацией ВЭР РКУ

4.3. Результаты оптимизации ТНУ использующей в качестве источника низкопотенциального тепла ВЭР РКУ

4.4. Экономическая эффективность использования ТНУ в схемах утилизации ВЭР РКУ

Выводы по четвертой главе

5. Определение технико-экономических показателей и разработка процесса утилизации ВЭР РКУ подземного рудника ОАО «Гайский ГОК».

5.1. Исходные данные для определения ТЭП

5.2. Анализ ТЭП ТНУ для вариантов теплоснабжения подземного рудника ОАО «Гайский ГОК»

5.3. Мониторинг системы утилизации ВЭР РКУ для подземного рудника ОАО «Гайский ГОК»

5.3.1 Реализация задачи утилизации ВЭР РКУ

162

5.3.2. Принцип определения производимой тепловой энергии

5.3.3. Визуализация программы микропроцессорного измерения тепловой энергии

Выводы по пятой главе

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности рудничных компрессорных установок за счет утилизации вторичных энергоресурсов»

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы. Во многих отраслях промышленности наряду с электрической энергией широко используется пневматическая энергия или энергия сжатого воздуха. Рудничные компрессорные установки (РКУ), генерирующие эту энергию, являются наиболее энергоемким оборудованием предприятия, с удельным весом в балансе горных предприятий с подземным способом добычи полезного ископаемого, который составляет 20-35%.

Широко известно, что компрессорные установки наряду с выработкой сжатого воздуха являются и генераторами тепловой энергии. Наибольшее распространение получили рудничные компрессорные установки с системой охлаждения основанной на применении градирен с замкнутым циклом охлаждения. При эксплуатации РКУ производятся большое количество вторичных энергоресурсов (ВЭР), представляющих собой оборотную воду системы охлаждения РКУ, которые в свою очередь не находят дальнейшего применения и сбрасываются в атмосферу.

Одним из эффективных энергосберегающих способов, повышающих эффективность эксплуатации РКУ, позволяющих экономить органическое топливо, снижать загрязнение окружающей среды, удовлетворять нужды потребителей в технологическом тепле, является применение энергосберегающих систем на основе теплонасосных технологий производства тепловой энергии.

Для осуществления конкретных мер, направленных на повышение эффективности работы РКУ, необходимо иметь ясное представление о процессах, происходящих при производстве ВЭР, и о факторах, определяющих эффективность процесса утилизации ВЭР в сочетании с внешними условиями эксплуатации РКУ. Поэтому несомненна актуальность вопросов повышения эффективности РКУ, реализация которых осуществляется применением новых теплонасосных технологий производства тепловой энергии при эксплуатации рудничных компрессорных установок.

Объект исследования: Рудничные компрессорные установки, во взаимосвязи со вторичными энергоресурсами, с целью их утилизации по критерию минимума затрат при производстве тепловой энергии.

Предмет исследования: Рудничные компрессорные установки с позиции утилизации вторичных энергоресурсов, в сочетании с внешними условиями работы.

Цель работы: Повысить эффективность работы рудничных компрессорных установок на основе комплексной утилизации вторичных энергоресурсов.

Идея работы: Эффективность работы РКУ может быть достигнута утилизацией вторичных энергоресурсов, на основе разработки модели мониторинга режима работы и технического состояния при производстве тепловой энергии посредством использования тепловых насосов.

Методы научных исследований: анализ опыта эксплуатации рудничных компрессорных установок в реальных условиях горнодобывающих предприятий в процессе выработки вторичных энергоресурсов, использовании энергетического анализа термодинамических процессов утилизации ВЭР, метод системного анализа и математического оптимизационного моделирования.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Повышение эффективности рудничных компрессорных установок обеспечивается увеличением коэффициента преобразования утилизации вторичных энергоресурсов за счет применения двухступенчатого сжатия современных рабочих агентов в теплонасосной установке.

2. Повышение эффективности рудничных компрессорных установок достигается увеличением степени утилизации вторичных энергоресурсов за счет определения границ параметров установленных на основе моделирования потерь в теплонасосной установке.

3. Рабочий тепловой режим рудничных компрессорных установок при

утилизации вторичных энергоресурсов определяется посредством

предложенного поправочного коэффициента Кизм, учитывающего изменение

7

температуры окружающего воздуха, температуры вторичных энергоресурсов и скорости ветра.

Научная новизна заключается:

1. Предложен метод использования теплонасосного комплекса совместно с рудничными компрессорными установками, определяющий наиболее рациональную их работу.

2. Разработана система мониторинга основных рабочих параметров процесса утилизации вторичных энергоресурсов, рассматривающая функционирование комплекса теплонасосной установки совместно с рудничными компрессорными установками.

3. Значительное повышение эффективности рудничных компрессорных установок достигается посредством применения нового метода двухступенчатого сжатия рабочего агента, определенного на основе обобщенных критериев эффективности утилизационной теплонасосной установки.

4. Предложен коэффициент, учитывающий влияние параметров внешней среды на эффективность производства тепловой энергии посредством утилизации вторичных энергоресурсов рудничных компрессорных установок.

Достоверность и обоснованность основных научных положений, выводов и результатов исследования подтверждается конкретным использованием методов математического моделирования, выводы и рекомендации обоснованы применением теорий и методов исследования энергетического анализа термодинамических циклов процесса утилизации вторичных энергоресурсов, методов системного анализа с применением современного компьютерного оборудования и программного обеспечения.

Практическое значение работы.

1. Установлены величины наибольших потерь, определены современные методы и средства повышения эффективности рудничных компрессорных установок при утилизации вторичных энергоресурсов.

2. Разработана математическая и физическая модель теплонасосной

установки позволяющая определить экономическую эффективность процесса

8

утилизации вторичных энергоресурсов рудничных компрессорных установок в зависимости от влияния внешних параметров.

3. Разработана комплексная система мониторинга процесса утилизации вторичных энергоресурсов конкретных рудничных компрессорных установок.

Реализация результатов работы. Предложенная комплексная система утилизации вторичных энергоресурсов рудничных компрессорных установок, с целью получения высокопотенциального источника тепловой энергии, повышения энергоэффективности компрессорных установок, рекомендуется предприятиям, использующие значительное количество рудничных компрессорных установок.

Система утилизации вторичных энергоресурсов рудничных компрессорных установок совместно с комплексом мониторинга процесса производства высокопотенциального источника тепловой энергии, принята к внедрению на подземном руднике ОАО "Гайский ГОК" с ожидаемым экономическим эффектом - 12735,5 тыс. руб/год. При этом эффективность рудничных компрессорных установок при утилизации вторичных энергоресурсов повышается на 12 %.

Личный вклад автора. Работа содержит результаты многолетних исследований, выполненных лично автором, а также при его непосредственном участии. Личное участие состоит в постановке и разработке основной идеи и темы работы, в проведении системного анализа процесса утилизации вторичных энергоресурсов рудничных компрессорных установок, разработке обобщенных критериев эффективности процесса производства высокопотенциального источника тепловой энергии, анализе и обобщении полученных результатов, формулировании выводов.

Апробация работы. Результаты работы, ее основные положения докладывались на ежегодных научно-практических конференциях в УГГУ в рамках Горнопромышленной декады (Екатеринбург, 2009 г.), на ежегодных Международных научно-технических конференциях "Чтения памяти В.Р.Кубачека" (Екатеринбург, 2011, 2012 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах. Зарегистрирована модель ЭВМ «Мониторинг рабочих параметров теплового насоса».

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 93 наименований и содержит 150 стр. машинописного текста, 59 рисунков, 37 таблиц.

ч

1.1 Общая характеристика вторичных энергоресурсов.

Затраты топлива на цели теплоснабжения в нашей стране весьма велики и составляют более 50 %. Значительная часть существующих систем централизованного теплоснабжения используют в качестве источников тепла теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), осуществляющие комбинированное производство тепловой и электрической энергии. В остальных системах источниками тепла служат, как правило, котельные. В них осуществляется тепла от высокотемпературных продуктов сгорания органического топлива к теплоносителям (как правило, воде или пару) имеющим относительно низкую температуру. Однако комбинированное производство тепла и электроэнергии не всегда целесообразно. Это может быть вызвано особенностями региональных энергосистем, когда потребности в электроэнергии покрываются другими источниками (например, гидроэлектростанциями). Отказ от производства электроэнергии на тепловом потреблении может быть обусловлен неблагоприятной экологической обстановкой, когда не желателен дополнительный расход топлива, связанный с выработкой электроэнергии. Кроме того, потребители тепла могут быть рассредоточены или их подключению к ТЭЦ препятствуют особенности местности, а так же высокие транспортные тарифы на доставку энергоносителей усугубляют негативные факторы, присущие традиционному теплоснабжению.

Нельзя не учитывать и такой серьезный термодинамический недостаток, как низкий эксергетический КПД использования химической энергии топлива для систем теплоснабжения, который в системах отопления составляет 6-10%. [15].

Чрезвычайно велики затраты на тепловые сети, которые являются, вероятно, самым ненадежным элементом в системах централизованного теплоснабжения. Удельная аварийность для трубопроводов диаметром 1600 мм составляет одну аварию в год на 1 км. длины, а для труб меньшего диаметра - около шести аварий.

В настоящее время и в ближайшей перспективе ещё будут существовать технологические процессы с материальными и энергетическими отходами. На технологический процесс расходуется определённое количество топлива, электрической и тепловой энергии. Кроме того, сами технологические процессы протекают с выделением различных энергетических ресурсов -теплоносителей, горючих продуктов, газов и жидкостей с избыточным давлением. Однако не всё количество этой энергии используется в технологическом процессе или агрегате; такие неиспользуемые в процессе (агрегате) энергетические отходы называют вторичными энергетическими ресурсами (ВЭР).

Количество образующихся вторичных энергетических ресурсов достаточно велико. Поэтому полезное их использование - одно из важнейших направлений экономии энергетических ресурсов. Утилизация этих ресурсов связана с определёнными затратами, в том числе и капитальными, поэтому возникает необходимость экономической оценки целесообразности такой утилизации.

Под ВЭР понимают энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся при технологических процессах, в агрегатах и установках, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использоваться для энергосбережения других агрегатов (процессов). Термин "энергетический потенциал" здесь следует понимать в широком смысле, он означает наличие определённого запаса энергии - химически связанного тепла, физического тепла, потенциальной энергии избыточного давления и напора, кинетической энергии и др.

Исходной информацией для расчёта выхода и возможного использования ВЭР служат:

-тепловые и материальные балансы основного технологического оборудования; объём выпуска продукции в рассматриваемом периоде; отчётный

-энергетический баланс предприятия;

-технико-экономические характеристики

технологических агрегатов, энергетических и утилизационных установок; - планы внедрения новой технологии и нового оборудования на перспективу.

Выход ВЭР зависит от факторов и режима работы технологической установки (агрегата). В общем случае суточный (и сезонный) выход ВЭР характеризуется значительной неравномерностью. Поэтому различают показатели удельного и общего выхода ВЭР - максимальный, средний и минимальный (гарантированный), как в суточном, так и сезонном разрезе. В любом случае утилизации ВЭР эффективность их использования определяется достигаемой экономией первичного топлива и

обеспечиваемой за счёт этого экономией затрат на добычу, транспортирование и распределения топлива (энергии). Поэтому важное условие экономической эффективности ВЭР - правильное определение вида и количества топлива, которое экономится при их утилизации.

При определении экономической эффективности использования ВЭР сопоставляют варианты энергоснабжения, которые удовлетворяют потребности данного производства во всех видах энергии с учётом использования ВЭР, удовлетворяют те же потребности и без учёта использования ВЭР. Основными показателями сопоставимости этих вариантов служат: создание оптимальных (для каждого из вариантов) условий их реализации; обеспечение одинаковой надёжности энергосбережения; достижение необходимых санитарно-гигиенических условий и безопасности труда; наименьшее загрязнение окружающей среды.

Одно из основных направлений повышения эффективности производства и использование энергетических ресурсов в промышленности - увеличение единичной мощности агрегатов, концентрация производства и создание укрупнённых комбинированных технологических процессов.

Создание крупных комбинированных производств позволяет использовать ВЭР одних процессов для нужд других, входящих в общий комбинированный комплекс.

Таким образом, повышение уровня утилизации вторичных энергетических ресурсов обеспечивает не только значительную экономию энергоресурсов, капитальных вложений и предотвращения загрязнения окружающей среды, но и существенное снижение себестоимости продукции предприятий.

1.2. Вторичные энергоресурсы рудничных компрессорных установок.

В настоящее время энергосберегающая: политика признана главным приоритетом энергетической стратегии России.

В соответствии с законом «Об энергосбережении» энергетический ресурс -носитель энергии, который используется в настоящее время или может быть полезно использован в перспективе; вторичный энергетический ресурс -энергетический ресурс, получаемый в виде побочного продукта основного производства или являющийся таким продуктом.

Разработка и внедрение теплонасосных установок (ТНУ) полностью подпадает под понятие «энергосбережение», (создание и использование высокоэффективных технологий), в частности эффективного использования вторичного энергетического ресурса.

Законом предусмотрено осуществление государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов, меры по стимулированию энергосбережения («В целях стимулирования эффективного использования энергетических ресурсов в порядке, определяемом Правительством Российской Федерации, осуществляется установление сезонных цен на природный газ и сезонных тарифов на электрическую и тепловую энергию, а также внутрисуточных дифференцированных тарифов на электрическую энергию».

Основное направление технического прогресса в теплоэнергетике, в области превращения теплоты в работу, заключается в повышении средней температуры подвода теплоты в теплосиловой цикл и в снижении средней температуры отвода теплоты из цикла. Условия практической реализации этих

основных направлений энергетического прогресса в значительной мере зависят от вида применяемых энергоносителей. Одним из путей, способствующим совершенствованию циклов превращения теплоты в работу, является использование энергоносителей в соответствии с их физическими свойствами.

В качестве приоритетного направления более широкого использования нетрадиционных источников энергии наибольший интерес представляет область тепло-хладоснабжения, являющаяся сегодня одним из наиболее емких мировых потребителей топливно-энергетических ресурсов. Преимущества технологий тепло-хладоснабжения, использующих нетрадиционные источники энергии, в сравнении с их традиционными аналогами связаны не только со значительными сокращениями затрат энергии в системах жизнеобеспечения зданий и сооружений, но и с их экологической чистотой, а также новыми возможностями в области повышения степени автономности систем теплоснабжения. Широко известно, что воздушные компрессоры наряду с выработкой сжатого воздуха являются и генераторами тепловой энергии.

Уравнение энергетического баланса многоступенчатого поршневого компрессора с учетом энергии, эквивалентной теплу, выделяемому при сжатии воздуха, запишем в следующем виде:

Е = Е +Е +Е +Е +Е а п

п и ц пх юс V1-1/

где Е - общее количество энергии, подведенной к двигателю компрессора, выбрасываемое в атмосферу;

Еп - энергия, теряемая в двигателе при превращении электрической энергии в механическую и в трансмиссии;

Ей - энергия, эквивалентная теплу, излучаемому компрессором; Ец - энергия, эквивалентная теплу, выделяемому в цилиндрах компрессора; Епх - энергия, эквивалентная теплу, выделяемому в промежуточном холодильнике;

Екх - энергия, эквивалентная теплу, выделяемому в концевом холодильнике.

Из уравнения энергетического баланса коэффициент полезного действия компрессорной машины:

Одним из эффективных энергосберегающих способов, дающих возможность экономить органическое топливо, снижать загрязнение окружающей среды, удовлетворять нужды потребителей в технологическом тепле, является применение теплонасосных технологий производства теплоты.

Все ВЭР можно разделить на три группы: высокопотенциальные (температура ВЭР более 35 °С), среднепотенциальные (от 10 до 35 °С) и низкопотенциальные (температура ВЭР менее 10°С). В зависимости от типа рудничных компрессорных станций различаются структура ВЭР и их температурный уровень. Рудничные компрессорные установки получили наибольшее распространение и являются базой производства сжатого воздуха.

Наибольшее распространение получили РКУ со системой охлаждения основанной на применении градирен с замкнутым циклом сообщения. При эксплуатации РКУ производятся высокопотенциальные ВЭР (оборотная вода системы охлаждения РКУ), которые в свою очередь не находят дальнейшего применения и сбрасываются в атмосферу. В свою очередь использование ВЭР РКУ возможно для:

- подогрева воды, используемой для горячего водоснабжения (ГВС) и отопления;

- подогрева воды для различных агрегатов;

-подогрева воздуха в зимний период для калориферных установок.

До недавнего времени использование ВЭР считалось неэффективным, однако рост цен на энергоресурсы требует более полного использования ВЭР. Одним из важнейших направлений решения указанной проблемы является использование энергосберегающих технологий на основе применения тепловых насосов. На рис. 1.1 представлена структурная схема процесса

утилизации вторичных энергоресурсов рудничных компрессорных установок на основе применения тепловых насосов.

Рудничные компрессорные установки

а.

ц

х о

<Я 3

ё

к

и

Тепловой насос

\ Тепловая сеть ) ГВС>70°С

/ (о гоплсявс, калориферные)

п.

5

2 а . о х , й в ,

3'

"О

94'

Вторичные энергоресурсы РКУ 15°С<Твэр<35°С

Рис. 1.1 Основные связи теплового насоса с элементами системы РКУ.

1.3. Тепловые насосы в системе утилизации ВЭР РКУ.

Теплонасосные установки, основной задачей которых является замещение органического топлива, должны работать в чрезвычайно широком поле условий их применения. Наибольшее применение ТНУ получают для теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых, административных и производственных зданий, обеспечения тепловой энергией нужного потенциала ряда технологических процессов (сушка, тепловая обработка, обеспечение теплом калориферных установок шахт и рудников), тепло- и хладоснабжения сельскохозяйственных объектов (молочнотоварных ферм, овощехранилищ, зернохранилищ и др.). ТНУ, используя различные источники низкопотенциального тепла (ВЭР), с температурой от 5°С (атмосферный воздух), до 40-70 °С (высокотемпературные промышленные сбросы системы охлаждения), способны обеспечивать нагрев высокопотенциального теплоносителя, в диапазоне температур от 20°С до 110°С.

Тепловые машины по их назначению можно разделить на три класса [16]:

-тепловые двигатели, в которых происходит превращение тепла в механическую работу.

-тепловые насосы (греющие машины), которые представляют собой обращенные тепловые двигатели и служат для получения теплоты, -холодильные машины, предназначенные для производства холода, т. е. для отвода теплоты от охлаждаемого тела или от помещения, в котором поддерживается температура более низкая, чем в окружающей среде. Принципиальные схемы этих машин изображены на рис. 1.2., 1.3.,1.4.

С помощью теплового насоса возможна передача теплоты от источника с низкой температурой к приемнику с высокой температурой. Таким образом, становится возможным как бы выкачивать из окружающей среды теплоту низкого потенциала и преобразовывать ее в теплоту более высокого потенциала, пригодную для практического использования.

Тепловой насос осуществляет передачу внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой. Поскольку в соответствии со вторым основным законом термодинамики тепловая энергия без каких-либо внешних воздействий может переходить только с высокого температурного уровня на более низкий, для осуществления теплонасосного цикла необходимо использовать приводную энергию. Поэтому процесс передачи энергии в направлении, противоположном естественному температурному напору, осуществляется в круговом цикле. Таким образом можно дать определение тепловым насосам -

Рис. 1.2. Схема работы Рис. 1.3. Схема работы теплового двигателя холодильной установки

Рис. 1.4. Схема работы теплового насоса

тепловой насос представляет собой устройство, воспринимающее тепловой поток при низкой температуре, а также необходимую для привода энергию и использующее оба потока энергии при повышенной (по сравнению с холодной стороной) температуре в виде теплового потока.

Теория и вопросы практического применения тепловых насосов подробно рассматриваются в работах [10,15,18] .Существуют самые разные варианты классификации тепловых насосов. По оперативным функциям ТНУ можно разделить на четыре основные категории:

1. Тепловые насосы только для отопления, применяемые для обеспечения комфортной температуры в помещении. Существует обширное поле деятельности по замене котлов низкотемпературных отопительных систем на основе теплоизлучающих полов или стеновых панелей вентиляционно-конвекторными либо тепловентиляционными установками с ТНУ.

2. Тепловые насосы отопительные и холодильные, применяемые для кондиционирования помещений в течение всего года. Тепловые насосы средней и большой мощности для сооружений сферы обслуживания используют гидравлические контуры для распределения тепла и холода и при этом могут обеспечивать оба рабочих режима одновременно.

3. Интегрированные системы на основе тепловых насосов, обеспечивающие отопление помещений, охлаждение, приготовление воды для (ГВС) и иногда утилизацию отводимого воздуха.

4. Тепловые насосы, предназначенные исключительно для ГВС. Зачастую в качестве источника тепла используют сбросную воду.

Из всех типов тепловых насосов получили наибольшее распространение компрессионные (ТНУ) и абсорбционные (АБТН). В нашей работе мы будем исследовать только компрессионные ТНУ, имеющие наиболее высокий коэффициент преобразования тепловой энергии, наиболее широкий диапазон мощностей (от сотен Вт до МВт), способные работать от любого привода (электрического или теплового двигателя). На рис. 1.5 представлена схема компрессионного теплового насоса.

Рис.1.5. Схема компрессионного теплового насоса на фреоне: Д -дроссельный вентиль; И-испаритель; К -конденсатор; КР - компрессор; ПО - переохладитель; /в, ,/вг - температуры верхнего источника на входе и выходе в ТН; /,„ ,/Н2-температуры низкопотенциального источника теплоты

на входе и выходе в ТН

Тепловой насос осуществляет передачу внутренней энергии от энергоносителя с низкой температурой к энергоносителю с более высокой температурой. Поскольку, в соответствии со вторым основным законом термодинамики, тепловая энергия без каких-либо внешних воздействий может переходить только с высокого температурного уровня на более низкий, для осуществления теплонасосного цикла необходимо использовать приводную энергию. Поэтому процесс передачи энергии в направлении, противоположном естественному температурному напору, осуществляется в круговом цикле.

В круговом цикле пары испарившегося рабочего агента всасываются

компрессором и сжимаются до высокого давления. При сжатии их

температура повышается, что создает возможность отдачи тепловой энергии

теплоприемнику. Пары рабочего агента при повышенном давлении поступают

в конденсатор, через который протекает энергоноситель, служащий

приемником тепла. Его температура ниже температуры паров рабочего агента

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жаткин, Александр Николаевич, 2015 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.

1. Александров A.A., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Изд. МЭИ, 1999г. - 168с.

2. Аминов Р. 3. Векторная оптимизация режимов работы ТЭЦ. М.: Энергоатомиздат. 1994.304 с.

3. Андрющенко А.И. Сравнительная эффективность применения тепловых насосов для централизованного теплоснабжения./ЯТромышленная энергетика. — 1997. -№ 6. - с. 2 - 4.

4. Антипов Ю.А. Утилизация вторичных энергоресурсов газовых двигателей и газотурбинных установок с использованием тепловых насосов.- М., 2005г. -135с.

5. Перевалов В. П. Критерии сравнения при оценке новых источников энергии //Промышленная энергетика. 1986. № 5. С. 36-37.

6. Богданов СВ., Иванов О.П., Свойства рабочих веществ, теплоносителей и материалов, используемых в холодильной технике. - Л.: Изд-во Ленингр. унта, 1972. - 148с.

7. Варгафтик Н.Б Справочник по теплофизическим свойствам веществ. - М: Наука, 1972 г.

8. Везиришвили О.Ш. и др. Энергосберегающие теплонасосные системы теплоснабжения. -М: МЭИ, 1994 г.

9. Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций. Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 264с.

10. Закиров Д. Г. Утилизация низкопотенциальных источников эффективный путь снижения энергоёмкости производства// Теплоэнергетика, 2001, № 5, С, 73-74.

11. Закиров Д.Г. Энергосбережение.-Пермь: Изд-во "Книга",2000-308 с.

12. Закиров Д. Г., Закиров Д. Д. Пути решения проблемы теплоснабжения в коммунальном хозяйстве с использованием тепловых насосов//Новости теплоснабжения, 2002, N24. С. 53-55,

13. Ионин A.A., Хлыбов В.М. Теплоснабжение. - М.: Стройиздат, 1982г. -336с.

14. Исаченко В.П. Теплопередача.-М; -Энергоиздат,. 1981; - 416с.

15. Левенталь Г.Б. Оптимизация теплоэнергетических установок.- М.: Энергия, 1970.-352.с;

16. Зубков В. А. Использование тепловых насосов в системах теплоснабжения//Теплоэнергетика, 1996, № 2. С, 17-20.

17. Калнин И.М. Перспективы развития тепловых насосов//Холодильная техника. 1994. №.1. С.4-8.

18. Калнин И.М. Применение тепловых насосов для нужд теплоснабжения // Энергетическое строительство №8. 1994. С.44-47.

19. Калнин И. М., Савицкий И.К. Тепловые насосы: вчера, сегодня, завтра//Холодильная техника. 2000. №2, С. 2-6.

20. Кузовлев В.А. Техническая термодинамика и основы теплопередачи. - М.: Изд. Высш. шк, 1983г. - 335с

21. Кузнецов Ю. В., Кузнецов М. Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2003. 283 с.

22. Холодильные машины. Под общ. Ред. Проф. Кошкина H.H.. -М.:Пищевая промышленность, 1973. 512 с.

23. Крылов М.К. Закрытая однотрубная система теплоснабжения с использованием теплонасосных установок// Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса: Сб. науч. тр. вып. 3. Материалы междунар. науч. практич..конф.- Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 2004.-160с.

24. Луканин П.В., Короткова Т.Ю. Применение тепловых насосов в системах централизованного теплоснабжения // Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промпредприятиях и ТЭС: Межвуз. сб. науч. Тр./ ГОУБПО СПб ГТУ РП. СПб., 2005. 311с.

25. Мартынов A.B., Петраков Г. Н. Двухцелевой тепловой насос //Промышленная энергетика. -1994.- №12.- С.25-28.

26. Мартыновский В. С. Тепловые насосы M.,J1.: Госэнергоиздат, 1955. 192с.

27. Мартыновский B.C. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов/ Под ред. В.М. Бродянского. - М.: Энергия, 1979.-288 с.

28. Миняев Ю. Н. Энергетическое обследование пневмохозяйства промышленных предприятий. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2003. 131 с.

29. Миняев Ю. Н. Энергосбережение при производстве и распределении сжатого воздуха на промышленных предприятиях. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2002. 131 с.

30. Миняев Ю. Н., Дмитриев В. Т. Энергосберегающие компрессорные технологии при эксплуатации пневмохозяйства промышленный предприятийЮнергоранализ и эффективность, 2004. № 4 С. 46-48.

31. Миняев Ю. Н., Угольников А. В. Математическая модель функционирования рудничных компрессорных установок//Изв. ВУЗов. Горный журнал, 2004. № 4 с. 82-85.

32. Николаев Ю.Е., Новиков Д.В. Выбор рациональных схем использования тенлонасосных установок в системах теплоснабжения городов //Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса: Сб. науч. тр. Вып. Материалы Междунар. науч. -практ. Конф. - Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 2004. 160 с.

33. Онишков О.В. Оценка эффективности использования теплонасосных станций// Холодильная техника. 1988, №5. С. 4-6.

34. Огурчников Л.А. Сравнительный анализ перспективных низкотемпературных энергосберегающих технологий // Промышленная энергетика. 1997. л22. С. 7-10.

35. Ольховский Г.Г. Состояние и перспективы тепловой энергетики // Электрические станции энергопрогресс, 2005. №2. С. 12-21.

36. Перелыптейн И.И., Парушин Е.Б. Термодинамические и теплофизические свойства рабочих веществ холодильных машин иьтепловых насосов. - М.: «Легкая и пищевая промышленность», 1984г.,232 с.

37. Петин А.Ю. Тепловые насосы в теплоснабжении. //Новости теплоснабжения, №11, 2001 г.

38. Петросян A.JI. Теплонасосная установка для аккумуляции энергии. // Теплоэнергетика, №1,1992 г.

39. Проценко В.П. Проблемы использования теплонасосных установок в системах централизованного теплоснабжения. //Энергетическое строительство, № 2 1994 г.

40. Проценко В.П., Петров СИ., Ларкин Д.К. Анализ энергетической эффективности комбинированного источника теплоснабжения с ТНУ. // Известия ВУЗов. Энергетика. - 1991 г., № 7, с. 81-87.

41. Радин. Ю.А. Освоение первых отечественных бинарных парогазовых установок. // Теплоэнергетика, 2006, №7, стр. 4-13

42. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы. - М.: Энергоиздат, 1982 г. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. //Под ред. Сакуна И.А. - М.: машиностроение, 1987 г.

43. Селянкин СВ. Энергетика крупных городов. Современное состояние и развитие. // Энергосбережение, 2006, № 1 - 2 стр.

44. Семенов В.Г. Зарубежный опыт эксплуатации систем теплоснабжения// Энергосбережение, 2005, №7 - 3 стр.

45. Стационарные установки шахт / под редакцией Б. Ф. Братченко. М.: Недра, 1977. 440 с.

46. Скляров Д. В. Анализ потерь эксергии и повышение эффективности использования топлива на ПТУ ТЭЦ с котлами утилизаторами. Автореф. Дисс. На соиск. Уч. Ст. канд. Тех. Наук. -СПб. 2003.-16 С.

47. Соколов И.В., Володина Л.А. Варианты праюгического применения тепловых насосов//Холодильная техника. 1991 № 11. С.11-13.

48. Сорокин O.A. Применение теплонасосных установок для утилизации бросной низкопотенциальной теплоты на ТЭЦ. 2005. №6. С. 36-41.

49. Седлов A.C., Проценко В.П. Анализ эффективности использования парокомпрессионных теплонасосных установок в теплофикационных системах// Энергосбережение и водоподготовка. 2005. №34. С. 25-29.

50. Таймаров М.А., Осипов A.JI. Теплонасосные станции для систем теплоснабжения // Проблемы энергетики. 2002. №5-6. С. 15-19.

51. Термодинамические свойства важнейших рабочих веществ холодильных машин. Сборник трудов. Под ред. Перелыптейна И.Ш. - М.: Вниихолодмаш, 1976 г.

52. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / Под ред. Н.А.Кузнецова и др. -М.: Энергия, 1973.-295 с.

53. Хрусталев Б. М. Техническая термодинамика: Учебн. В 2-х ч., ч.1./ Хрусталев Б. М., Несенчук А.П., Романюк В.Н. и др. -Мн.: УП "Технопринг",

' "2004 -"487 с."

54. Цанев СВ., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов/Под ред. Цанева СВ. -М.: Издательство МЭИ, 2002. - 584 с.

55. Хайнрик Г., Найрок X. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения: перевод с нем. //Под ред. Явнеля Б.К. - М.: Стройиздат, 1985 г.

56. Цветков О.Б., Лаптев Ю.А. Теплофизические аспекты экологических проблем современной холодильной техники. // Материалы X Российской конференции по теплофизическим свойствам веществ. Казань: Бутлеровские сообщения, 2002, №10 - с. 74-78.

57. Чаховский В.М. Роль и место тепловых насосов в системах централизованного теплоснабжения крупных городов Российской Федерации. //Новости теплоснабжения, №1, 2003г - 3 стр.

58. Шаталов И.К. Сравнительный анализ рабочих тел для теплового насоса. Сборник научных трудов «Актуальные проблемы теории и практики инженерных исследований». - М.: Машиностроение, 1999 г., 106-108 с.

59. Швед П., Новаковский Р., Шымчак П. Утилизация тепловых потерь силовых трансформаторов с помощью тепловых насосов. // Техническая электродинамика , №5, 1993 г.

60. Янтовский Е. И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. -М.: Энергоиздат, 1982.- 144с.

61. Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. -М.: Энергоатомиздат, 1989. 128 с.

62. Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. - М.: Энергоатомиздат, 1989 г.

63. Яковлев В.М. Математическая обработка результатов исследований. -М.: Физматиздат, 1988 г. - 480 с.

64. http: // www.barrens.ru Энергосберегающие компрессорные технологии. -электронная публикация.

65. Мурзин В. А., Цейтлин Ю. А. Пневматические установки шахт. М.: Недра, 1985. 351 с.

66. Гарбуз Д. Л. Рудничные пневматические установки. М.: Госгортехиздат, 1961. 380 с.

67. Баранников Н. М. Повышение эффективности рудничных компрессорных станций. М.: Недра, 1972. 173 с.

68. Рыбин А. И., Закиров Д. Г. Экономия электроэнергии при эксплуатации воздушных компрессорных установок. М.: Энергоатомиздат, 1988.72 с.

69. Кузнецов Ю. В., Кузнецов М. Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 2003. 283 с.

70. Миняев Ю. Н., Фролов С. Г. Теплотехника. Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2001. 109 с.

71. Баскаков А. П. Теплотехника. М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 с.

72. Ривкин С. А., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия, 1980. 424 с.

73. Котова Е. В., Волосатов Г. А. Тепловые насосы НТ 45 и НТ 65 // Холодильная техника. 1991. № 11. С. 5-7.

74. Краткий справочник физико-химических величин. Под ред. Мищенко К. П. и Равделя А. А. М.: Политерм. 1988. 345 с.

75. Креймер Н. Г. Внешние безразмерные характеристики холодильных компрессоров //Холодильная техника. 1975. №4. С.21-23.

76. Кулиев Г. М., Эйбатов О. М. Моделирование процессов в агрегате бытового кондиционера с тепловым насосом // Холодильная техника. 1994. № 1.С. 9-11.

77. Лавочник А. И., Шварцман Е. И. Кипение хладагентов И. 11 и Я 142 и их бинарных смесей в большом объёме // Холодильная техника. 1978. №12.

78. Лавренченко Г. К., Волобуев И. В., Железный П. В., Лысенко О. В. ТЕ\¥1 анализ компрессорных агрегатов при работе на традиционных и альтернативных хладагентах// Холодильная техника. 2000. № 2. С. 10-12.

79. Лебедев В. Ф., Чумак И. Г., Аверин Г. Д. Холодильная техника. Под ред. Лебедева В.Ф. М.: Агропромиздат. 1986. 335 с.

80. Левин И.И. и др. Холодильные машины. М. Л.: Пищепромиздат. 1939.

81. Леонтьев А.И. Термогазодинамические циклы тепловых и холодильных машин//Проблемы энергетики. 1999. №2. С. 5-11.

82. Липецкий С. Б., Роднянский Л. С, Цирлин А. М. О предельных возможностях циклов холодильных машин и тепловых насосов // Известия РАН СССР. Энергетика и транспорт. 1985. С. 124-131.

83. Любчик Г. Н., Плоткин Д. М. Экологические показатели воздействия энергетических установок на окружающую среду // Промышленная теплотехника. Том 14, 1992. №1-3. С. 72-78.

84. Макмаллэн Дж. Т. Холодильная техника и окружающая среда. Проблемы и стратегия будущего // Холодильная техника. 2000. № 3. С. 1-5.

85. Маринюк Б. Т. Конструктивные особенности пластинчатого испарителя теплонасосной установки // Холодильная техника. 1990. № 10. С. 25-26.

86. Мартынов А., Калинин Н., Лунин А. Тепловые насосы и их роль в энерго-

сбережении // Энергетическая эффективность. Бюллетень ЦЕНЭФ, 2000. № 29. С. 11-12.

87. Мартынов А. В., Петраков Г. Н. Двухцелевой тепловой насос // Промышленная энергетика. 1994. № 12. С. 25-28.

88. Мартыновский В. С. Анализ действительных термодинамических циклов. М.:Энергия. 1972.216с.

89. Некрасова О. А., Синяк Ю. В. Исследование теплонасосных систем отопления (модельный подход) // Теплоэнергетика. 1986. № 11. С. 30-34.

90. Огуречников Л. А., Попов А. В. Использование сбросного низкопотенциального тепла вторичных энергоресурсов в парокомпрессионных тепловых насосах систем теплоснабжения // Промышленная энергетика. 1994. №9. С. 7-10.

91. Огуречников Л. А. Сравнительный анализ перспективных низкотемпературных энергосберегающих технологий // Промышленная энергетика. 1997. № 2. С. 7-10.

92. Онишков В. Е. Оценка эффективности использования теплонасосных станций // Холодильная техника. 1988. № 5. С. 4-6.

тешшйекАш ФВДШРАЩШШ

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы для ЭВМ

№ 2012615324

«Мониторинг рабочих параметров теплового насоса»

П ра вообл адател ь( л и): Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования « Уральский государственный горный университет» (Н11)

Автор(ы): Жаткин Александр Николаевич (Я11)

«

Заявка № 2012612892

Дата поступления 13 апреля 2012 Г. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ

13 июня 2012 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности

Б.П. Симонов

У ТВКРЖДАЮ:

Главный знсртетик

От»рытое мционермоо овщсстоо «Г*Яски« гормо«6ог»1иттпьиый >оыбмм»Т»

Пслыышммаа уг. 1 г Гжн ^»(Лдаи* о&х Рк:к111;(>] •«I. 4-2МЗ 0»1 (ЭМЗЭ ИГ«. Мв-З»

•■«»« 'у ч-Еп— ■■ вь!Мееме*,г1

2014 г.

Л КГ Г

ине.икиия результатов инссщапионшм о исследовании /Каната Л.Н.

Система утилизации вторичных энсргоресурсов рудничных компрессорных установок. компрессорных станций 1,2 подземного рудника, совместно е систсмой мониторинга процесса производства тепловой энергии, посредством применения оптимизационной геплонасосной установки, принта к реализации на подземном руднике ОЛО "Гайский ГОК"

-уменьшение потребления органическою топлива (газ) в размере 4(ХН.1м ' чае -экономия средств на энергоресурсы составит • 12735.5 тыс руб'год.

Ожпэагмыи экономический >ффскэ составит:

Главный инженер подземного рудника

I лавный энергетик подзем ною рудника

(пошись)

(Ф и о I

Ф Ф Ф

ОЛО ''в*:**** ГС*»

««с»', г***.-! мг. исо в>: 1 ИСС '-4ЭСI ОНЖг 1ЯЯ1