Разработка перспективной системы теплохладоснабжения на основе абсорбционных трансформаторов теплоты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, кандидат наук Маленков Алексей Сергеевич

• Маленков Алексей Сергеевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Маленков Алексей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Потенциал использования тепловых ВЭР в различных отраслях промышленности

1.2 Оценка перспективности использования тепловых ВЭР производств в системах обеспечения жизнедеятельности

1.2.1 Характеристика потребителей тепловой энергии

1.2.2 Характеристика источников тепловой энергии

1.2.3 Анализ выхода тепловых ВЭР на некоторых производствах

1.3 Потребность в искусственном холоде на химических производствах. Перспективность применения АТТ для выработки холода

1.4 Обзор возможных рабочих веществ и областей применения абсорбционных трансформаторов теплоты

1.5 Обзор опыта применения абсорбционных трансформаторов теплоты в системах теплоснабжения потребителей

1.6 Выводы по разделу. Постановка задачи

2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ АТТ И СИСТЕМЫ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ АТТ

2.1 Описание математической модели АТТ

2.1.1 Методика термодинамического анализа внутренних циклов АТТ

2.1.2 Моделирование теплофизических свойств рабочих веществ АТТ

2.2 Использование современных программных комплексов для моделирования и анализа внутреннего цикла АТТ, в том числе для анализа эффективности применения новых рабочих веществ

2.3 Разработка технологической схемы системы теплохладоснабжения потребителей за счет использования теплоты ВЭР с применением абсорбционного преобразователя теплоты

2.4 Описание математической модели СТХС

2.5 Выводы по разделу

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТУРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ АТТ

3.1 Описание экспериментальной установки

3.2 Методика проведения эксперимента и полученные результаты

3.3 Оценка погрешности при проведении эксперимента

3.4 Выводы по разделу

4 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ

4.1 Результаты многопараметрического анализа цикла АТТ

4.1.1 Сравнение термодинамической эффективности бромистолитиевых и аммиачных холодильных машин

4.2 Анализ системы теплоснабжения с применением абсорбционного теплообменного аппарата

4.3 Анализ существующего комплекса производств аммиака, минеральных удобрений и кислот

4.4 Анализ теплотехнических схем производств минерального азотно-фосфорного удобрения (аммофоса) и экстракционной фосфорной кислоты

4.4.1 Производство фосфорной кислоты

4.4.2 Производство аммофоса

4.4.3 Потенциал использования тепловых ВЭР на рассмотренных производствах

4.5 Оценка интегрального годового эффекта при утилизации теплоты ВЭР производств на нужды теплохладоснабжения

4.6 Выводы по разделу

5 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТХС НА РАССМАТРИВАЕМЫХ ПРОИХВОДСТВАХ

5.1 Прогноз экономической эффективности

5.2 Прогноз экологической эффективности

5.3 Прогноз изменения водооборотных циклов

5.4 Выводы по разделу

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ПОДПРОГРАММ РАСЧЕТА

ЦИКЛОВ АТТ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка перспективной системы теплохладоснабжения на основе абсорбционных трансформаторов теплоты»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Структура энерготехнологических комплексов действующих предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, пищевой и др. промышленностей формировалась при взаимосвязи с внешними системами обеспечения энергоресурсами (ЭР) в период их низких внутренних цен. Низкая системная энергоэффективность многих энерготехнологических комплексов промышленных предприятий (ЭТКПП) обуславливается тремя основными факторами: ЭТКПП формировались в период низких цен ТЭР, разработка структуры технологических систем промышленных производств проводилась в основном технологами без участия энергетиков; промышленные теплоэнергетические системы (ПТС), производящие энергоносители различного качества и количества для обеспечения технологических процессов создавались без учета возможности использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) технологий. Значительное количество низкопотенциальных ВЭР технологий выбрасывается в окружающую среду с затратами энергии и воды. Эти факторы обусловили низкую системную энергоэффективность ЭТКПП. Коэффициент полезного использования энергоресурсов во многих ЭТКПП редко превышает 30%. Поэтому, в настоящее время острой является необходимость системного подхода при перспективной модернизации ЭТКПП действующих предприятий и при проектировании новых. В соответствии со стратегией развития и модернизации производств на основе ресурсосберегающих технологий, согласующейся с Энергетической стратегией России на период до 2030 года, разрабатываются направления эффективного использования энергоресурсов в технологических процессах, системах и комплексах. При этом в технологических процессах подготовки и переработки сырья вырабатываются низкопотенциальные ВЭР, которые в настоящее время, в основном, выбрасываются в окружающую среду. Проведенные оценки суммарных потерь теплоты с температурой выше 90 0С в теплоэнерготехнологических комплексах промышленных предприятий Российской Федерации показывают, что

они сопоставимы с суммарной величиной вырабатываемой теплоты всеми ТЭЦ и котельными страны. При этом в разрабатываемых общих стратегиях ресурсосбережения не решается задача эффективного регенеративного и внешнего использования тепловых вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) технологических процессов.

Особенность ЭТКПП заключается в его строго регламентированных технологических требований по температурным и тепловым режимам ведения технологических процессов. При непрерывном производстве тепловыделения могут происходить при постоянной температуре и постоянном тепловом потоке, которые необходимо поддерживать. Это существенно усложняет использование тепловых ВЭР, например, в энергетических системах обеспечения жизнедеятельности (ЭСОЖ) предприятия (отопление, вентиляция, кондиционирование, горячее водоснабжение), т.к. в течение отопительного периода потребность ЭСОЖ в теплоте зависит от температуры наружного воздуха. Кроме того, при высоких температурах наружного воздуха возникают проблемы охлаждения воздуха для систем вентиляции помещений и охлаждения технологических процессов. Проведенный анализ концепций и программ развития ЭТКП в различных отраслях промышленности показал, что в них решаются, как правило, отдельные задачи повышения эффективности основных технологических процессов подготовки и переработки сырья в готовую продукцию или полуфабрикат без учета взаимосвязи с ПТС предприятий. В то же время, отсутствует единая научно обоснованная концепция и методология системного обоснования целесообразности совершенствования ЭТКПП в данном направлении. В условиях внедрения новых энергосберегающих технологий необходима разработка соответствующих высокоэффективных, ресурсосберегающих и экологически безопасных ЭТКПП, максимально интегрированных с технологическими установками и теплоэнергетическими системами предприятия, обеспечивающих системную энергетическую эффективность на протяжении всего жизненного цикла объекта, включая периоды строительства и вывода из эксплуатации. Разработка таких решений и поиск оптимальной структуры и

параметров ЭТКПП должны проводиться на основе современных методов системного анализа, синтеза и оптимизации.

Целью работы является: разработка новой системы для утилизации тепловых ВЭР, обеспечивающей в комбинированном режиме потребителей теплотой и холодом с необходимыми тепловыми потоками и температурными уровнями, на основе использования абсорбционных трансформаторов теплоты.

Реализация цели предусматривает решение следующих задач:

1. Выполнение системного анализа современного состояния качества функционирования ЭТКПП различных отраслей промышленности по объемам и режимам потребления ТЭР и генерации вторичных энергоресурсов.

2. Разработка новой комбинированной системы теплохладоснабжения (СТХС) для утилизации тепловых ВЭР с параметрами Qвэp = const, Твэр = const и обеспечением потребителей теплотой и холодом с необходимыми тепловыми потоками и температурными уровнями на основе абсорбционных трансформаторов теплоты (АТТ).

3. Разработка метода расчета СТХС, включающего параметры тепловых ВЭР технологий и режимные параметры потребителей теплоты и холода с учетом климатических условий окружающей среды.

4. Разработка математической модели АТТ и алгоритма её решения, позволяющего определять необходимые параметры теплоносителей во всех элементах АТТ с учетом режимных параметров теплотехнологических и теплоэнергетических систем и климатических условий окружающей среды.

5. Создание экспериментальной установки для исследования процессов в контуре высокого давления АТТ и проведение экспериментальных исследований с целью определения соответствия разработанной математической модели АТТ и алгоритма её решения без использования диаграмм состояния растворов рабочих веществ результатам полученных экспериментальных данных.

6. Обоснование принципов комплексного подхода к оценке эффективности ЭТКПП, основанного на системной энергоэффективности при реализации принципов максимально возможного использования ВЭР с применением СТХС,

включая системный анализ, синтез и интеграцию системы СТХС в ЭТКПП с учетом граничных условий в виде параметров источников ВЭР, параметров потребителей теплоты и холода и параметров окружающей среды.

7. Проведение технико-экономического и экологического анализов эффективности применения СТХС на примере теплотехнологических систем (ТТС) производства экстракционной фосфорной кислоты и минеральных азотно -фосфорных удобрений (аммофоса).

Научная новизна:

1. Впервые предложена и запатентована новая комбинированная система теплохладоснабжения для утилизации тепловых ВЭР на основе АТТ, обеспечивающая потребителей теплотой и холодом с необходимыми тепловыми потоками и температурными уровнями.

2. Разработан метод расчета разработанной комбинированной системы теплохладоснабжения, в качестве граничных условий которого используются параметры тепловых ВЭР, потребителей теплоты и холода, а также климатические условия.

3. На основе экспериментальных исследований подтверждена достоверность предложенной, без использования диаграмм состояния растворов рабочих веществ, математической модели описания АТТ.

Теоретическая значимость.

1. Раскрыта проблема использования тепловых ВЭР технологий в когенерационных системах теплохладоснабжения потребителей с существенным увеличением КПИ в ЭТКПП.

2. Изложены основные положения методов определения термодинамических характеристик элементов АТТ на основе термодинамических исследований.

3. Изложены основные положения методов согласования параметров источников тепловых ВЭР и потребителей теплоты и холода через СТХС.

4. Применительно к проблематике диссертации результативно использованы методы термодинамического анализа процессов в элементах АТТ,

методы моделирования и расчета системы СТХС, методы температурного соответствия тепловых потоков, методы исследования технико-экономических показателей с оценкой энергоэффективности ЭТКПП.

Практическая значимость.

1. При применении разработанной СТХС в различных отраслях промышленности возможно получить значительный экономический и экологический эффект.

2. Разработанные методы термодинамического анализа процессов в элементах АТТ позволяют определять эффективность АТТ в условиях варьирования режимных параметров для совершенствования режимов эксплуатации.

3. Результаты многопараметрического анализа внутренних термодинамических циклов АТТ с известными рабочими телами могут быть использованы для определения области наиболее эффективного выбора рабочего тела по критерию энергетической эффективности цикла АТТ.

4. С помощью применения метода температурного соответствия тепловых потоков в промышленных производствах возможно оценить ресурсы энергосбережения ЭТКПП.

Объектом исследования является система комбинированного теплохладоснабжения на основе абсорбционных трансформаторов теплоты.

Методология и методы исследования.

Основаны на системном анализе и синтезе структур ЭТКПП, фундаментальных законах термодинамики, тепломассообмена и гидрогазодинамики, математическом моделировании процессов и систем, методах вычислительной математики и статистики, эвристических методах синтеза новых технических решений. Расчеты внутренних циклов АТТ проводились посредством математического моделирования термодинамики растворов рабочих веществ в программном комплексе Matlab. Процессы в контуре высокого давления АТТ исследовались лабораторно на разработанном макете устройства.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Комплексный подход к оценке эффективности ЭТКПП, основанный на системной энергоэффективности при реализации принципов максимально возможного использования тепловых ВЭР с применением СТХС.

2. Новая комбинированная система утилизации тепловых ВЭР на основе АТТ и алгоритм её расчета с учетом граничных условий, определяемых источниками тепловых ВЭР, потребителями теплоты и холода и климатическими условиями окружающей среды.

3. Многопараметрические математические модели АТТ с водоаммиачным и бромистолитиевым рабочими телами и алгоритмы их расчета.

4. Результаты экспериментальных исследований термодинамических процессов в контуре высокого давления АТТ с бромистолитиевым носителем.

Достоверность результатов обусловлена.

Использованием фундаментальных законов технической термодинамики, тепломассообмена, гидравлики; математического аппарата статистики; эвристических методов синтеза новых структурно-параметрических решений; известных методов моделирования тепломассообменных процессов; согласованностью полученных результатов с экспериментальными данными, полученными в других работах; использованием современных программных комплексов Matlab, Aspen One; проведением экспериментальных исследований в контуре высокого давления АТТ с бромистолитиевым носителем для верификации разработанных математических моделей.

Личное участие автора.

Автором разработана и изготовлена экспериментальная установка; проведены и обобщены экспериментальные исследования процессов в контуре высокого давления АТТ с бромисто-литиевым теплоносителем; проведена оценка погрешности экспериментальных исследований; разработана математическая модель АТТ и алгоритм её решения; показано хорошее соответствие результатов экспериментальных данных и расчетных показателей; проведен

термодинамический анализ процессов во внутренних циклах АТТ; разработана математическая модель СТХС на основе АТТ и алгоритм её расчета; проведено технико-экономическое исследование эффективности применения СТХС на примере теплотехнологических систем производства экстракционной фосфорной кислоты и минеральных азотно-фосфорных удобрений (аммофоса); показан существенный ожидаемый энергосберегающий и экологический эффект. Результаты исследования, связанные с исследованием абсорбционного теплообменника (АТ), получены автором лично при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований в рамках работы «Исследование термодинамических характеристик системы централизованного теплоснабжения нового типа, с пониженной температурой обратной сетевой воды, на основе применения абсорбционных технологий» (договор № 17-08-00984\17 от 03 апреля 2017 г.).

Апробация результатов. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на шестой и восьмой Международной школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение. Теория и практика», Москва 2012 г. и 2016 г.; третьей и четвертой Международных научно -практических конференциях «Энергосбережение в системах тепло- и газоснабжения. Повышение энергетической эффективности», Санкт-Петербург 2012 г. и 2013 г.; девятнадцатой, двадцатой, двадцать первой, двадцать второй, двадцать третьей и двадцать четвертой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», Москва 2013 г., 2014 г., 2015 г., 2016 г., 2017 г. и 2018 г.; двенадцатой Международной научно-технической конференции «Проблемы теплоэнергетики», Саратов 2014 г.; международном академическом форуме INTERNATIONAL ACADEMIC FORUM АМО - SPITSE - NESEFF, Смоленск 2016 г.; восьмой международной научно-технической конференции «Совершенствование энергетических систем и теплоэнергетических комплексов», Саратов 2016 г.

Публикации.

Результаты выполненных исследований опубликованы в 23 печатных работах, в том числе, 1 учебном пособии, 1 патенте на изобретение. В рецензируемых изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК, опубликовано 4 статьи. В изданиях, индексируемых в Scopus, опубликовано 2 статьи.

Соответствие паспорту специальности.

Соответствие диссертации паспорту специальности 05.14.04 подтверждается выполненными исследованиями, в части формулы специальности: «объединяющая исследования по совершенствованию промышленных теплоэнергетических систем, по разработке и созданию нового и наиболее совершенного теплотехнического и теплового технологического оборудования..., сбережение энергетических ресурсов, уменьшение энергетических затрат на единицу продукции»; в части области исследований: П.1. Разработка научных основ сбережения энергетических ресурсов в промышленных теплоэнергетических устройствах и использующих тепло в системах и установках; П. 2. Оптимизация схем энергетических установок и систем для генерации и трансформации энергоносителей, основанных на принципах их комбинированного производства; П.3. Теоретические и экспериментальные исследования процессов тепло- и массопереноса в тепловых системах и установках, использующих тепло. Совершенствование методов расчета тепловых сетей и установок с целью улучшения их технико-экономических характеристик, экономии энергетических ресурсов: П.7. Разработка теоретических аспектов и методов интенсивного энергосбережения в тепловых технологических системах.

Структура и объем диссертации.

Текст диссертации (содержит 175 страниц машинописного текста (без приложений), 51 рисунок и 38 таблиц) включает в себя введение, 5 глав, заключение, список использованных источников (100 наименований на 10 страницах) и 2 приложения (на 13 страницах).

Используемые определения.

- Энерготехнологический комплекс промышленного предприятия -органически взаимосвязанные теплоэнергетические и теплотехнологические системы предприятия на основе рационального использования ТЭР с эффективным, экономически обоснованным регенеративным и внешним использованием ВЭР производств со значительным снижением: энергоемкости технологической продукции или представляемых услуг; водопотребления; загрязнения окружающей среды;

- Промышленная теплоэнергетическая система - совокупность теплоэнергетических установок и эксплуатационно связанного с ними другого оборудования для производства и преобразования энергоносителей заданного качества и в необходимом количестве. Включает также системы транспорта, аккумулирования и распределения энергоносителей для производства товарной продукции, вспомогательных производств и систем обеспечения жизнедеятельности предприятия;

- Теплотехнологическая система - совокупность теплотехнологических установок и эксплуатационно связанного с ними другого оборудования, обеспечивающих переработку исходных материалов (сырья, полупродуктов) в заданный товарный продукт или полупродукт в пределах данного предприятия.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Потенциал использования тепловых ВЭР в различных отраслях промышленности

Черная и цветная металлургия [1,2]. Удельный расход условного топлива Ьу суммарно по всем цехам, отнесенный на конечную продукцию (1 т готового проката), составляет 1,3-1,36 т [1]. Коэффициент полезного использования топлива составляет 10-40%. В отражательных печах медеплавильных заводов полезное использование тепла составляет 15-30%, потери тепла с уходящими газами доходят до 65%, а со шлаком теряется до 30% тепла. В шахтных печах полезное использование тепла составляет 16-20%, потери тепла с уходящими газами 40%, со шлаками теряется до 30%, а с охлаждающей водой >12% [3].

Потери тепла с отходящими газами с температурой 250-800 оС и с паром на среднем металлургическом заводе годовой производительностью 2 млн. т чугуна, 2,3 млн. т стали и 2,0 млн. т проката составляют 850 млн. ккал/ч [3].

Являясь крупным потребителем технологического топлива, металлургические печи имеют относительно низкий коэффициент его использования (мартеновские печи: 28 - 30%, нагревательные колодцы: 30 - 32%, методические печи: 25 - 30%) [1].

Металлургические печи генерируют в больших количествах ВЭР. Источниками тепловых ВЭР являются: физическое тепло отходящих продуктов сгорания, тепло охлаждения элементов печей, тепло технологической продукции и отходов производства (жидкий чугун, слитки, агломерат, шлаки, кокс), избыточное давление и физическое тепло колошниковых газов и др.

В цветной металлургии основными источниками тепловых ВЭР являются: физическое тепло отходящих продуктов сгорания (в тепловом балансе различных печей оно составляет 10 - 60%), физическое тепло шлаков (15 - 70%) и тепло охлаждения элементов печей (10 - 30%) [1]. Наиболее крупными источниками ВЭР являются отражательные печи.

Использование ВЭР в цветной металлургии характеризуется рядом специфических особенностей, например, концентрацией больших количеств ВЭР

в одном агрегате (до 150 ГДж/ч); высокой запыленностью отходящих газов расплавленным шихтовым уносом; агрессивностью отходящих газов из-за содержания в них сернистого ангидрида; взаимозависимостью работы технологического агрегата и теплоиспользующей установки; необходимостью наряду с утилизацией тепла обеспечить улавливание пыли и последующую газоочистку.

Возможная выработка тепла благодаря вторичным энергетическим ресурсам в цветной металлургии [3]:

- тепло уходящих газов отражательных печей в производстве меди, Гкал/т штейна: 0,802;

- тепло уходящих газов конвертеров в производстве меди, Гкал/т черновой меди: 1,500;

- тепло уходящих газов обжиговых печей в производстве свинца, Гкал/т концентрата: 0,621;

- тепло уходящих газов фьюминговых печей в производстве свинца, Гкал/т возгона: 2,508 Гкал/т;

- тепло охлажденных шахтных печей в планке агломерата никелевых руд, Гкал/т агломерата: 0,200;

- тепло шлака при шахтной плавке никелевых труб, Гкал/т агломерата: 0,447;

- тепло уходящих газов руднотермических печей, Гкал/т руды: 0,171.

Производство кокса [1, 4]. Тепловыми ВЭР коксовой батареи являются:

физическое тепло кокса (50%), сухого коксового газа (15%), конденсирующихся продуктов в этом газе (14%), тепло уходящих продуктов сгорания (14%). Наибольший интерес представляет физическое тепло кокса. На выходе из коксовой батареи кокс имеет температуру 1273 - 1373 К, и при охлаждении его водой физическое тепло кокса полностью теряется. Если заменить мокрое тушение кокса сухим при помощи инертных газов, возможно получить 0,4 кг пара энергетических параметров на 1 кг кокса. Оборудование коксохимических заводов установками сухого тушения кокса обеспечит экономию условного топлива при использовании

физического тепла кокса более 4 млн. т. При сухом тушении кокса также улучшаются его характеристики как технологического топлива.

Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность. В производствах нефтепереработки, синтетических каучуков и синтетических спиртов, сажи, этилена и других образуется значительное количество тепловых и горючих ВЭР [5]. Проблемы использования ВЭР производств данной отрасли промышленности отражены в работах Конахиной И.А. [6, 7, 8, 9, 10] (большее внимание уделено применению парокомпрессионных теплонасосных установок, как технического решения повышения эффективности ЭТКПП) и Назмеева Ю.Г. [11, 12] (предложены варианты применения АТТ в ЭТКПП, но не разработана комбинированная система теплохладоснабжения для утилизации тепловых ВЭР на основе АТТ).

Целлюлозно-бумажная промышленность. Большое количество теплоты расходуется на процессы варки целлюлозы, упаривание шлаков, сушку бумаги и картона. В целлюлозно-бумажной промышленности образуются в основном горючие ВЭР в виде коры и древесных отходов, сульфитных и сульфатных щелоков. В зависимости от породы древесины в ней содержится от 5 до 18% коры. При окоровке в отходы переходит от 1,5 до 3,5% древесины, при распиловке и рубке древесины в отходы переходит от 3 до 8,5% от объема древесины. В качестве ВЭР может быть использована, например, теплота печей. Потери теплоты с воздухом, охлаждающим вал колчеданной печи (температура воздуха на выходе 250 оС) составляет 1 500 кДж/кг колчедана, потери теплоты уходящих газов на выходе из содорегенерационной печи (при температуре 150 оС) 524,5 кДж/кг щелока, поступающего в печь [13].

Газовая промышленность [14]. Расходует большое количество топлива на собственные нужды. Основными потребителями топлива являются компрессорные станции магистральных газопроводов, где на привод газоперекачивающих агрегатов расходуется 4 - 5% перекачиваемого газа.

Свыше 70% тепла топлива, расходуемого в газотурбинных двигателях, отводится с выхлопными газами, имеющими температуру 540 - 690 К. Эти выхлопные газы являются основным видом ВЭР в газовой промышленности.

В работах Долотовского И.В. [15] годовой выход ВЭР в единицах условного топлива в целом по газовой отрасли оценивается в 11,0...11,5 млн т, при этом на долю тепловых ВЭР приходится около 81%, а степень использования теплоты путем регенерации не превышает 35%.

Тяжелое машиностроение [16]. Крупными потребителями топлива в данной отрасли являются кузнечно-прессовые, термические и мартеновские цехи. Большинство этих цехов оборудованы мелкими плавильными и металлонагревательными печами, потребляющими высококачественные виды топлива с низким коэффициентом их использования. Для таких печей характерны высокие температурные уровни технологического процесса, находящиеся в пределах 1250 - 1550 К. На предприятиях тяжелого машиностроения образуются тепловые ВЭР в виде теплоты отходящих продуктов сгорания, теплоты охлаждения элементов печей, теплоты отработавшего пара.

Пищевая промышленность [17, 18]. Включает сахарное, спиртовое, пивоваренное, овощеконсервное и другие производства. Вторичные энергоресурсы образуются в основном в виде тепла вторичных паров, тепла горячей воды, физического тепла основной продукции и отходов производства. Наиболее энергоемким является сахарное производство. Основными потерями теплоты на сахарном заводе являются потери теплоты с вторичным-паром вакуум-аппаратов и выпарки. По данным [17] общий выход тепловых ВЭР в свеклосахарном производстве суммарно составляет 11,3-105 кДж/т.

В таблице 1. 1 приведен выход ВЭР по некоторым отраслям промышленности

Таблица 1.1 - Выход ВЭР по отраслям промышленности [19]

Черная металлургия (горючие ВЭР)

Выход доменного газа, кг у.т./т чугуна 235

Возможное использование доменного газа, кг у.т./т чугуна 223

Выход конверторного газа, кг у.т./т стали 20

Черная металлургия (тепловые ВЭР)

Возможная выработка тепла в системах испарительного охлаждения доменных печей и кауперов, ГДж/т чугуна 0,231

мартеновских печей, ГДж/т стали 0,915

нагревательных печей, ГДж/т проката 0,302

кристаллизаторов УНРС, ГДж/т заготовок 0,218

в парогенераторах мартеновских печей, ГДж/т стали 0,965

конверторов с дожигом, ГДж/т стали 0,896

конверторов без дожига, ГДж/т стали 0,159

нагревательных печей, ГДж/т проката 0,302

нагревательных колодцев, ГДж/т заготовок 0,113

обжиговых печей, ГДж/т огнеупоров 1,260

в установках тушения сухого кокса, ГДж/т кокса 1,170

Цветная металлургия

Тепло уходящих газов: 3,36

отражательных печей в производстве меди, ГДж/т штейна 6,28

конверторов в производстве меди, ГДж/т черной меди 2,60

обжиговых печей в производстве цинка, ГДж/т концентрата 10,5

фюминговых печей в производстве свинца, ГДж/т возгона 0,715

тепло охлажденных шахтных печей в производстве свинца, ГДж/т свинца 1,26

печей в плавке агломерата никелевых руд, ГДж/т агломерата 0,837

тепло шлака при шахтной плавке никелевых руд, ГДж/т агломерата 1,87

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Маленков Алексей Сергеевич, 2018 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Н.А. Семенко, Л.И. Куперман, С.А. Романовский, Н.М. Ицкович, Л.Н. Сидельковский, Л.К. Вукович. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности // Киев, 1979. - 296 с.

2. Шаргут Я. Пер. с польск А.П. Петраковского. Теплоэнергетика в металлургии // М.: Металлургия, 1976, 152 с.

3. Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии. Под. Ред. О.Н. Багрова и З.Л. Берлина // М., Металлургия, 1982, 456 с.

4. Сухоруков В.И. Научные основы совершенствования техники и технологии производства кокса. Сухоруков В.И. Екатеринбург 1999.

5. Коршак А.А., Шаммазов A.M. Основы нефтегазового дела. Учебник для ВУЗов: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2001 - 544 с: илл.

6. И.А. Конахина. Комбинированная выработка технологической и энергетической продукции на стадии дегидрирования изоамиленов в производстве изопрена // Проблемы энергетики, 2003, № 3-4, с. 27-38.

7. И.А. Конахина. Оптимизация энергетических параметров комбинированных энерготехнологических систем // Проблемы энергетики, 2004, № 5-6, с. 13-18.

8. А.И. Фазуллина, И.А. Конахина. Повышение эффективности систем сбора конденсата и оборотного водоснабжения на крупных нефтехимических предприятиях // Проблемы энергетики, 2007, № 5-6, с. 145-147.

9. И.А.Конахина, А.М. Конахин, Э.А. Ахметов, А.И. Фазуллина. Система повторного использования парового конденсата нефтехимического предприятия в условиях его невозврата источнику // Проблемы энергетики, 2009, № 5-6, с. 18-25.

10. Золотоносов А.Я., Конахина И.А. Повышение энергетической и технико-экономической эффективности процесса подогрева трансформаторного масла в цехе маслохозяйства нефтехимических предприятий // Известия КГАСУ, 2011, № 3 (17), с. 90-95.

11. Назмеев Ю.Г. Теплоэнергетические системы и энергобалансы промышленных предприятий: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по

специальности 100700 "Пром. теплоэнергетика", направления 650800 "Теплоэнергетика" / Ю. Г. Назмеев, И. А. Конахина. - М.: Изд-во МЭИ, 2002 - 405 с.

12. Назмеев Ю. Г. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности / Ю. Г. Назмеев, И.А. Конахина. - М.: Изд-во МЭИ, 2001. - 363 с.

13. Бушмелев В.А., Вольман С.Н. Процессы и аппараты целлюлозно-бумажного производства // М.: Лесная промышленность, 1969. - 408 с.

14. Артемова Т.Г. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов // Учебное пособие. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 176 с.

15. Долотовский И.В. Энергетический комплекс газоперерабатывающих предприятий. Системный анализ, моделирование, нормирование / Е.А. Ларин, И.В. Долотовский, Н.В. Долотовская. - М.: Энергоатомиздат, 2008. - 440 с.

16. Кремнев Г. П. Ресурсо- и энергосберегающие технологии в машиностроении: учебное пособие / Г. П. Кремнев, Ф. В. Новиков. - Д.: ЛИРА, 2016. - 297 с.

17. Колесников В.А., Нечаев Ю.Г. Теплосиловое хозяйство сахарных заводов // М.: Пищевая пром-ть, 1980. - 392 с,

18. Липатов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств: Учеб. для вузов // М.: Экономика, 1987 - 272 с.

19. Гольстрем В.А., Кузнецов Ю.Л. Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов. - К.: Техника, 1985. - с. 383.

20. Григоров В.Г., Нейман В.К., Чураков С.Д., Семенюк Л.Г., Псерич Г.А. Утилизация низкопотенциальных тепловых ВЭР на химических предприятиях // М.: Химия, 1979. - 239 с.

21. Шелгинский А.Я. Разработка энергосберегающих и экологически прогрессивных направлений производства минеральных удобрений на основе высокоэффективных тепловых схем и интенсификации тепломассообмена: Дис. ... д-ра техн. наук. - М., 1997. - 277 с.

22. Хараз Д.И., Псахис Б.И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах - М.: Химия, 1984. - 224 с.

23. Информационно-аналитический доклад «Теплоэнергетика и централизованное теплоснабжение России в 2014 году», Минэнерго России, ФГБУ «РЭА» Минэнерго России Электронный ресурс: http://rosenergo.gov.ru/ resources/rea/files/mrjte.pdf (дата обращения: 15.08.2016).

24. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. — М.: Издательство МЭИ. 2001. - 364 с.: ил.

25. Использование абсорбционных холодильных машин в химической промышленности. И.П. Усюкин. И.Г. Аверьянов. Холодильная техника, №7, 1966, с.3 - 4.

26. И. С. Бадылькес, Р. Л. Данилов. Абсорбционные холодильные машины. - М.: пищевая Промышленность, 1966. - 356 с.

27. И.И. Орехов, Л. С. Тимофеевский, С. В. Караван. Абсорбционные преобразователи теплоты - Л.: Химия, 1989. - 208 с.

28. В. М. Селиверстов, В. А. Барац, В. Н. Хвастунов. Опытная абсорбционная холодильная машина, работающая на растворе фреона-22 и дибутилфталата. Холодильная техника. 1967, №5.

29. И. П. Усюкин, Ю. Д. Колосков. Исследование работы абсорбционной холодильной установке на растворе метиламин-вода с получением тепла и холода. Холодильная техника. 1971, №10.

30. Пинчук О.А. Теплофизические свойства рабочих растворов абсорбционных холодильных машин: Дис. ... к-та техн. наук. - Ленинград. - 1984. - 170.

31. Lin Fu, Yan LI, Shigang Zhang, Yi Jiang. A district heating system based on absorption heat exchange with CHP systems. / Front. Energy Power Eng. China 2010, 4(1): 77-83.

32. Sheng Wang, Xiaoyun Xie, Yi Jiang. Optimization design of the large temperature lift/drop multi-stage vertical absorption temperature transformer based on entransy dissipation method. // Energy №68 (2014) pp. 712-721.

33. Yan Li, Lin Fu, Shigang Zhang, Yi Jiang, Zhao Xiling. A new type of district heating method with co-generation based on absorption heat exchange (co-ah cycle) // Energy Conversion and Management, №52 (2011) pp.1200-1207.

34. Jian Sun, Lin Fu, Fangtian Sun, Shigang Zhang. Experimental study on a project with CHP system basing on absorption cycles. // Applied Thermal Engineering №73 (2014) pp. 732-738.

35. Jian Sun, Lin Fu, Shigang Zhang. Experimental study of heat exchanger basing on absorption cycle for CHP system. // Applied Thermal Engineering №102 (2016) pp. 1280-1286.

36. Б.С. Тихонов. Централизованное теплохладоснабжение городского хозяйства. - М.: Стройиздат, 1969. - 190 с.

37. Розенфельд Л. М., Карнау х М. С. «Теплоэнергетика», №2, 1967, с. 33 - 36.

38. Соколов, Е. Я. Эффективность и устойчивость работы абсорбционных холодильных установок в системах теплофикации: Диссертация доктора технических наук / Е. Я. Соколов, Всесоюз. теплотехн. науч.-исслед. ин-т им. Ф.Э. Дзержинского, Моск. энерг. ин-т (МЭИ). - 1941. - 158 с.

39. Галимова Л.В. Абсорбционный холодильные машины и тепловые насосы: Учеб. пособие для спец. «Техникуа и физика низких температур» // Астрахан.гос.тех.ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 1997. - 226 с.

40. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин: Учебное пособие для вузов по специальности «Холодильные и компрессорные машины и установки» / Бамбушек Е.М., Бухарин Н.Н., Герасимов Е.Д. и д.р.; Под общей редакцией Сакуна И.А.- Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1987. - 423 с.

41. Мааке В., Эккерт Г.-Ю., Кошпен Ж.-Л. Учебник по холодильной технике. -М.: МГУ, 1998. - 1142 с.

42. Холодильные машины. Учебн. для втузов по специальности «Холодильные машины и установки» / Кошкин Н.Н., Сакун И.А., Бамбушек Е.М. и д.р. под общ. ред. Сакуна И.А. - Л: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1985. - 510 с.

43. Мартынов А.В. Установки для трансформации тепла и охлаждения: Сборник задач: Учеб. пособие для втузов. - М.: Энергомашиздат, 1989. - 200 с.

44. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия. Пер. с польск. под ред. В.М. Бродянского. -Перераб. и доп. изд. - М.: Энергия, 1968. - 280 с.: ил.

45. Palacios-Bereche, R., Gonzales, R., Nebra, S. A. Exergy calculation of lithium bromide-water solution and its application in the exergetic evaluation of absorption refrigeration systems LiBr-H2O. International Journal of Energy Research, 2010, 36(2), 166-181.

46. Patek, J., Klomfar, J. A computationally effective formulation of the thermodynamic properties of LiBr-H2O solutions from 273 to 500 K over full composition range. International Journal of Refrigeration, 2010, 29(4), 566-578.

47. Pongtornkulpanich, A., Thepa, S., Amornkitbamrung, M. Exergy Analysis: Absorption heat transformer cycle with a combining ejector using Lithium bromide/water as working fluid. Renewable Energies and Power Quality Journal, 2010, 1(2), 150-157.

48. §encan, A., Yakut, K. A., Kalogirou, S. A. Exergy analysis of lithium bromide/water absorption systems. Renewable Energy, 2005, 30(5), 645-657.

49. Y. Kaitta. Thermodynamic properties of lithium bromide-water solutions at high temperauews // international Journal of Refrigeration, 2001, 24, 374-390.

50. Mahmood Mastani Joybari, Fariborz Haghighat. Exergy analysis of single effect absorption refrigeration systems: The heat exchange aspect. Energy Conversion and Management 126 (2016) 799-810.

51. Богданов С.Н., Бурцев С.И. Холодильная техника. Свойства веществ. Справочник. - СПб.: СПбГАХПТ, 1999. - 308 c.

52. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин, тепловых насосов и термотрансформаторов. Ч.1. Расчет циклов, термодинамических и теплофизических свойств рабочих веществ: Учеб. пособие / Тимофеевский Л.С., Пекарев В.И., Бухарин Н.Н. и др.; Под ред. Л.С. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. - 260 с

53. Клецкий А.В. Уравнения состояния и термодинамические свойства аммиака // Холодильная техника. - 1978. - №9. - С. 40 - 43.

54. Комаров Н.С. Справочник холодильщика. - Киев: Государственное издательство технической литературы УССР, 1958. - 396 с.

55. Dr. Manuel R. Thermophysical Properties of NH3-H2O solutions for the industrial design of absorption refrigeration equipment. // M. Conde Engineering. - 2004. - С. 1 -34.

56. Patek J., Klomfar J. Simple functions for fast calculations of selected thermodynamic properties of the ammonia-water system // International Journal of Refrigeration. - 1995. - №18. - С. 228 - 234.

57. Теплофизические свойства аммиака / Голубев И.Ф., Кияшова В.П., Перельштейн И.И., Парушин Е.Б. - М.: Издательство стандартов, 1978. - 264 с.

58. Долотов А.Г., Тимофеевский Л.С., Пятко В.Ю. Уточнение расчета термодинамических свойств водного раствора бромистого лития на ЭВМ. // Холодильная техника. - 1995. - №2. - с. 25 - 26.

59. Заторский А.А., Шмуйлов Н.Г. Уравнения для определения термодинамических свойств водного раствора бромистого лития. // Холодильная техника. - 1986. - №4. - с. 42 - 43.

60. Шелгинский А.Я., Яворовский Ю.В., Маленков А.С. Применение современных расчетных комплексов для моделирования АБХМ с углеводородной парой хладагент - абсорбент. Труды восьмой международной школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение. Теория и практика». - М.: Издательство МЭИ, 2016. - с. 248-251.

61. В.И. Фридштейн, М.Э. Аэров, Н.И. Зеленцова, Л.Е. Филич. О применении углеводородных абсорбционных холодильных машин // Холодильная техника. №5. 1971, с. 10-14.

62. Р.Г. Гальперина, Б.А. Минкус. Сорбционные установки для опреснения воды // Холодильная техника. №5. 1967, с. 14-17.

63. H. Dardour, S. Mazouz, J.-M. Reneaume, P. Cezac, M. Bourouis, A. Bellagi. Feasibility limits and performance of an absorption cooling machine using light alkane mixtures // Applied Thermal Engineering. 78 (2015), p. 24-29.

64. Rami Mansouri, Ismail Boukholda, Mahmoud Bourouis, Ahmed Bellagi. Modelling and testing the performance of a commercial ammonia/water absorption chiller using Aspen-Plus platform // Energy. 93 (2015), p. 2374-2383.

65. Гартман Т.Н., Клушин Д.В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов // Учебное пособие для вузов. — М.: Академкнига, 2006. - 416 с.

66. Кузнецов О.А. Основы работы в программе Aspen HYSYS // М.-Берлин: Директ-Медиа, 2015. - 153 с.

67. Моделирование процессов с использованием Aspen Plus // Методическое пособие для учебного курса. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. - 107 с.

68. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов. М.: Минстрой России, ГУП ЦПП, 1997.

69. Пат. 2609266 РФ, МПК F24D 3/08. Система теплохладоснабжения/ Маленков А.С., Шелгинский А.Я, Яворовский Ю.В.- Опубл. 31.01.2017. - Бюл. №4.

70. Теплотехника: Учеб. для вузов/В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др.; Под ред. В.Н. Луканина. - 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 2000. - с.: ил.

71. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 550 с., ил.

72. Ляшков В.И. Теоретические основы теплотехники: Учеб. пособие. 2-е изд., стер. М.: Изд-во Машиностроение-1, 2005., 260 с.

73. Фокин В.М., Бойков Г.П., Видин Ю.В. Основы энергосбережения в вопросах теплообмена. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2005, 192 с.

74. Цветков Ф.Ф., Керимов Р.В., Величко В.И. Задачник по тепломассообмену. 2-е изд., исправ. и доп. - М.: МЭИ, 2008. — 196 с.

75. Чепурной Е.В. Оценка эффективности абсорбционного бромистолитиевого повышающего термотрансформатора: Дис. ... к-та техн. наук. - Спб., 2002. - 172 с.

76. Малинина О.С. Методология оценки эффективности абсробционных бромистолитиевых холодильных машин: Дис. ... к-та техн. наук. - Спб., 2011. - 182 с.

77. РД 34.22.505. Методические указания по эксплуатации вентиляторных градирен.

78. Цветков Ф.Ф. Тепломассобмен: учебник для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. - М.: Издательский дом МЭИ, 2011. - 562 с., ил.

79. Исследование термодинамических характеристик системы централизованного теплоснабжения нового типа, с пониженной температурой обратной сетевой воды, на основе применения абсорбционных технологий [Текст]: отчет о НИР (промежуточ.)/НИУ МЭИ; рук. Волков А.В.; исполн.: Маленков А.С. [и др.]. - М., 2017. - 147 с. №ГР АААА-А17-117040310069-6. - Инв. № АААА-Б18-218011090067-9.

80. Теплофикация и тепловые сети // Е.Я. Соколов. М.: Изд-во МЭИ, 2009. - 472 с.

81. Волков А.В., Жигулина Е.В., Яворовский Ю.В. Маленков А.С. Абсорбционный теплообменник - способ снижения температуры обратной сетевой воды // Энергосбережение и водоподготовка. 2017. №5. С. 25-32.

82. Volkov A.V., Malenkov A.S., Yavorovsky I.V., Shelginsky A. I., Zhigulina E.V. Absorption heat exchanger: energy and exergy analysis // International Journal of Civil Engineering and Technology (IJCIET). Vol. 8, Issue 10. 2017. pp. 1466-1480.

83. ИТС 2-2015. Производство аммиака, минеральных удобрений и неорганических кислот. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. - Москва: Бюро НДТ, 2015. - 909 с.

84. Технология фосфорных и комплексных удобрений/Под ред. С.Д, Эвенчика и А.А, Бродского. М.: Химия, 1987 - 464 с.

85. Разработка способов совершенствования производств экстракционной фосфорной кислоты. Обзорн. информ. НИУИФ. М.: НИИТЭХИМ, 1984.

86. И.В. Кладов, А.Я. Шелгинский, А.С. Седлов, В.В. Галактионов. Совершенствование энерготехнологической системы производства экстракционной фосфорной кислоты // «Вестник ИГЭУ» Вып. №3 2012 г.

87. Химико-технологические системы: Синтез, оптимизация и упр. / [Д. Бальцер, В. Вайсс, В. К. Викторов]; Под ред. И. П. Мухленова. - Л.: Химия: Ленингр. отд-ние, 1986. - 422 с.

88. А.В. Кононов, В.Н. Стерлин, Л.И. Евдокимова. Основы технологии комплексных удобрений - М.: Химия, 1988. - 320 с.: ил.

89. Смит Р., Клемеш Й., Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Ульев Л.М. Основы интеграции тепловых процессов. Харьков. НТУ "ХПИ". -Библиотека журнала ИТЭ. - Харьков: НТУ "ХПИ". 2000. - 458 с.

90. Синтез оптимальных систем теплообменников. Методические указания. Санкт- Петербург 2015. Викторов В.К., Ананченко И.В. - СПб.: изд. СПбГТИ (ТУ), 2015. - 25 с.

91. Булатов И.С. Пинч-технология. Энергосбережение в промышленности -Спб.: Страта, 2012. - 140 с.

92. Шелгинский А.Я., Маленков А.С., Яворовский Ю.В. Применение метода температурного соответствия тепловых потоков для разработки оптимальных систем теплообмена: учебное пособие / А.Я. Шелгинский, А.С. Маленков, Ю.В. Яворовский. - М.: Издательство МЭИ, 2017 - 40 с.

93. Манюк В.И., Каплинский Я.И., Хиж Э.Б., Манюк А.И., Ильин В.К. Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 432 с.: ил.

94. Волкова О.В. Основные направления создания абсорбционных бромистолитиевых преобразователей теплоты нового поколения: Дис. ... д-ра техн. наук. - Спб., 2005. - 328 с.

95. Министерство экономического развития Российской Федерации. Сценарные условия долгосрочного прогноза социально-экономического развития Российской Федерации до 2030 года.

96. Экономика энергетики: учебное пособие для вузов / Рогалев Н.Д., Зубкова А.Г., Мастеркова И.В. и д.р.; под ред. Рогалева Н.Д.- М.: Издательство МЭИ, 2005. - 288 с.

97. Калинин Н.В., Яворовский Ю.В., Куличихин В.В., Полуэктова Т.Ю. Энергетические и экологические показатели эффективности тригенерационных

систем энергоснабжения // Надежность и безопасность энергетики, №4, 2013, с. 74 - 77.

98. Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И. Градирни промышленных энергетических предприятий // М.: Энергоатомиздат, 1998.

99. РД 34.22.501-87 Методические указания по предотвращению образования минеральных и органических отложений в конденсаторах турбин и их очистке.

100. ИТС 20-2016. Промышленные системы охлаждения. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. - М.: Бюро НДТ, 2016. - 328 с.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ Э - коэффициент трансформации теплоты АТТ С - изобарная теплоемкость, кДж/(кгоС) й - влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.

0 - масса, кг/ массовый расход, кг/с h - массовая энтальпия, кДж/кг

р - давление, Па

г - теплота фазового перехода, кДж/кг t - температура, оС Т - температура, К

q - удельное количество теплоты, кДж/кг Р - мощность тока, Вт и - напряжение, В

1 - сила тока, А

Q - тепловой поток/тепловая нагрузка, кВт X - тепень регенерации теплоты внутри цикла АТТ Ж - тепловой эквивалент теплоносителя, кДж/(с оС)

х - молярная концентрация аммиака в жидкой фазе водоаммиачного раствора, моль/моль

у - молярная концентрация аммиака в паровой фазе водоаммиачного раствора, моль/моль

а - коэффициент теплоотдачи

£ - массовая концентрация раствора бромистого лития, кг/кг П - коэффициент полезного действия

т - коэффициент ценности теплоты/температура в трубопроводе тепловой сети, оС Ах - временной интервал, с. о - постоянная Стефана — Больцмана

£ - степень черноты поверхности/коэффициент эффективности отопительной установки

Ыы - число Нуссельта

Pr - число Прандтля Ra - число Релея

АБХМ - абсорбционная холодильная машина АГ - аммонизатор-гранулятор

АПовТНУ - абсорбционный повышающий тепловой насос

АПонТНУ - абсорбционный понижающий тепловой насос

АТТ - абсорбционный трансформатор теплоты

АТ - абсорбционный теплообменник

ВОЦ - водооборотный цикл

ВЭР - вторичный энергетический ресурс

ГВС - горячее водоснабжение

ДСО - дисконтированный срок окупаемости

ЖКУ - жидкие комплексные удобрения

ИАС - известково-аммиачная селитра

ИД - индекс доходности

КПД - коэффициент полезного действия

МАФ - моноаммонийфосфат

ОС - окружающая среда

СКВ - система кондиционирования воздуха

СТХС - система тепло- и холодоснабжения

СО - струйный охладитель

СОРМ - струйный охладитель реакционной массы РОУ - редукционно-охладительная установка ТО - теплообменный аппарат ТТС - теплотехнологическая система

ЭТКПП - энерготехнологический комплекс промышленного предприятия

ТЭТС - теплоэнерготехнологическая система

КПИ - коэффициент полезного использования (теплоты)

КЭС - конденсационная электростанция

ПГС - парогазовая смесь

ПТС - промышленная теплоэнергетическая система

ТЭН - термоэлектрический нагреватель

ТЭЦ - теплоэлектроцентраль

ТЭС - тепловая электростанция

ЦТ - централизованное теплоснабжение

ЦТП - центральный тепловой пункт системы теплоснабжения

ЭСОЖ - энергетическая система обеспечения жизнидеятельности

ЭР - энергетический ресурс

ЭФК - экстракционная фосфорная кислота

№К - удобрения типа азот-фосфор-калий

Индексы: F - жидкая фаза V - паровая фаза 5 - состояние насыщения

ПРИЛОЖЕНИЕ А АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ПОДПРОГРАММ РАСЧЕТА ЦИКЛОВ АТТ

Расчетная схема цикла водоаммиачного АТТ показана на рисунке А. 1.

д

1 5=0 5г ¿х 5=1

* - точки теоретического цикла

Рисунок А.1 - Расчетная схема и цикл одноступенчатого водоаммиачного АТТ

Блок схема расчета представленного цикла показана на рисунках А.2 - А.4. Неизвестные параметры каждой из точек цикла определяются аналитически по двум известным параметрам, указанным в скобках, с помощью подпрограмм расчета термодинамических свойств, представляющих из себя решение системы уравнений, рассмотренных в главе 2 диссертации. Методика нахождения параметров точки 8 пояснена далее отдельно.

Z/ 1. Ввод исходных данных (температурные уровни греющего и охлаждающего источников, получаемого холода, конечные разности температур а аппаратах, степень регенерации теплоты и т.д.)

4. Рассчитываются параметры точки 4 (^4 = Р4 = Ра)

_*_

5. Рассчитываются параметры точки 2 (42 = qa, Р2 = Рг)

Пет

Рисунок А.2 - Блок схема решения математической модели водоаммиачного АТТ

Рисунок А.3 - Блок схема решения математической модели водоаммиачного АТТ

(продолжение)

Рисунок А.4 - Блок схема решения математической модели водоаммиачного АТТ

(завершающая часть)

Поясним методику нахождения точки 8 с помощью коэффициента К. Состояние пара на выходе из испарителя можно определить точкой 8, полученной пересечением изотермы Т8 с линией постоянной концентрации . Для высоких концентраций раствора изотермы в области влажного пара проходят почти вертикально, поэтому энтальпию влажного пара в точке 8 определяют только аналитически. Для этого рассматриваются два треугольника, представленных на рисунке А.5.

рО

»

8 /

7 Л

рО . к

8° Г)

^=0 £ 4е' & ^=1

Рисунок А.5 - Определение состояния влажного пара в точке 8 8 - А - 8' и 80 - Б - 8. Из подобия этих треугольников можно записать

следующее: -—— = -—8-. Обозначив -—— = К получим -—— = -.

Нк- Sfe— ^ 18' — 18О ffe— К

1

Решая неравенство относительно ¿8 получим ¿8 = ¿8,---(ffc — (е')

Параметры точки 80 при этом находятся как параметры жидкости при Т8 и Р0, а параметры точки 8' как параметры равновесного пара при Т8 и Р0.

Расчетная схема цикла бромистолитиевого АТТ показана на рисунке А.6. Блок схема расчета представленного цикла показана на рисунках А.7 - А.8. Логика решения математической модели аналогична, а именно аналитически решаются уравнения для нахождения неизвестных параметров точек по двум известным параметрам. Основными отличиями является то, что в схеме не используется дефлегматор и ректификационная колонна, а также поскольку выпаривается фактически чистый хладагент, отсутствует проблема определения состояния влажного пара после испарителя (которая присутствовала для т. 8 водоаммиачного АТТ).

Рисунок А.6 - Расчетная схема и цикл одноступенчатого водоаммиачного АТТ

Рисунок А.7 - Блок схема решения математической модели бромистолитиевого АТТ

Рисунок А.8 - Блок схема решения математической модели бромистолитиевого АТТ

(завершающая часть)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

НАРУЖНОГО ВОЗДУХА

Таблица Б. 1- Усредненное за 5 лет число часов стояния температур наружного воздуха для г. Москва в интервале температур +8 ^ +40 оС по месяцам года.

Температура, оС Число часов стояния температур по месяцам (округлено до целого) Суммарно часов при данной температуре

январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь

8,5 0 0 3 34 41 5 1 9 49 55 10 7 214

9,5 0 0 1 33 42 13 4 11 55 44 11 1 214

10,5 0 0 1 35 34 11 4 16 58 38 7 0 203

11,5 0 0 2 30 58 26 7 29 72 26 4 0 255

12,5 0 0 1 28 46 41 9 31 82 20 1 0 257

13,5 0 0 1 29 41 45 19 47 61 16 2 0 260

14,5 0 0 0 20 55 55 19 52 43 9 1 0 254

15,5 0 0 0 17 51 55 26 62 34 10 0 0 254

16,5 0 0 0 14 40 69 36 62 31 7 0 0 259

17,5 0 0 0 14 38 51 35 50 29 4 0 0 221

18,5 0 0 0 10 43 50 44 49 17 2 0 0 215

19,5 0 0 0 10 31 55 52 40 15 1 0 0 203

20,5 0 0 0 5 27 46 62 41 8 1 0 0 190

21,5 0 0 0 2 25 37 53 32 9 0 0 0 158

22,5 0 0 0 3 19 33 54 29 7 0 0 0 145

23,5 0 0 0 0 18 22 48 25 5 0 0 0 118

24,5 0 0 0 3 5 19 48 19 2 0 0 0 95

Температура, оС Число часов стояния температур по месяцам (округлено до целого) Суммарно часов при данной температуре

январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь

25,5 0 0 0 1 7 6 38 17 1 0 0 0 70

26,5 0 0 0 1 4 11 40 16 1 0 0 0 72

27,5 0 0 0 0 2 7 28 11 1 0 0 0 48

28,5 0 0 0 0 0 3 18 8 0 0 0 0 29

29,5 0 0 0 0 0 4 18 10 0 0 0 0 32

30,5 0 0 0 0 0 2 14 8 0 0 0 0 24

31,5 0 0 0 0 0 1 7 4 0 0 0 0 11

32,5 0 0 0 0 0 1 6 5 0 0 0 0 13

33,5 0 0 0 0 0 0 2 2 0 0 0 0 4

34,5 0 0 0 0 0 0 4 3 0 0 0 0 7

35,5 0 0 0 0 0 0 4 4 0 0 0 0 7

36,5 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1

37,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

38,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

39,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Таблица Б. 2. - Результаты расчеты энтальпии наружного воздуха.

Давление

насыщения

Температура, Влажность, водяных Влагосодержание, Энтальпия,

оС % паров, Па кг/кг с.в. кДж/кг

8,5 80,8 1115,6 0,00558 22,59

9,5 80,8 1193,8 0,00598 24,60

10,5 80,8 1276,7 0,00640 26,67

11,5 78,4 1364,6 0,00664 28,29

12,5 78,4 1457,9 0,00710 30,47

13,5 78,4 1556,6 0,00758 32,71

14,5 78,4 1661,2 0,00810 35,04

15,5 78,4 1771,8 0,00865 37,44

16,5 73,5 1888,9 0,00864 38,45

17,5 73,5 2012,6 0,00922 40,92

18,5 73,5 2143,4 0,00983 43,49

19,5 73,5 2281,6 0,01047 46,14

20,5 73,5 2427,5 0,01115 48,89

21,5 63,7 2581,4 0,01026 47,66

22,5 63,7 2743,8 0,01092 50,36

23,5 63,7 2915,0 0,01161 53,15

24,5 63,7 3095,5 0,01235 56,04

25,5 63,7 3285,6 0,01312 59,04

26,5 53,2 3485,8 0,01160 56,19

27,5 53,2 3696,5 0,01231 59,03

28,5 53,2 3918,2 0,01307 61,99

29,5 53,2 4151,4 0,01386 65,04

30,5 53,2 4396,5 0,01470 68,21

31,5 53,2 4654,0 0,01558 71,50

32,5 53,2 4924,6 0,01651 74,92

33,5 53,2 5208,6 0,01749 78,46

34,5 53,2 5506,8 0,01852 82,14

35,5 53,2 5819,6 0,01961 85,96

36,5 53,2 6147,7 0,02075 89,93

37,5 53,2 6491,6 0,02195 94,06

38,5 53,2 6852,0 0,02322 98,35

39,5 53,2 7229,6 0,02455 102,82