Диссертация (1091053), страница 8
Текст из файла (страница 8)
При этом сушильный агент со стадии сушки подается втеплообменник, где он нагревает поток вторичного теплоносителя, испаряяпоследний. Образовавшиеся пары теплоносителя сжимаются компрессоромтеплового насоса и подаются в конденсатор. Туда же подается поток свежегосушильного агента, который нагревается за счет конвективного теплообменас парами вторичного теплоносителя, причем последние конденсируются.Нагретый сушильный агент направляется в сушилку, а сконденсированныйтеплоноситель пропускается через дроссельный вентиль и возвращается втеплообменник. Было установлено [196], что на эффективность работытеплового насоса будет влиять не только температура отработанногосушильного агента, но также и его относительная влажность.Тепловые насосы могут также использоваться при проведении другихмассообменных процессов, таких как противоточная [188-190] и адиабатнаякристаллизация[199],фракционноерастворение,сублимацияидесублимация, и др.1.5.
Оценка энергетической эффективности установок с тепловыминасосамиДля оценки энергетической эффективности применения тепловыхнасосов, также как и сопряженных процессов разделения, может бытьиспользован один или несколько критериев, в качестве которых могутвыступать [6, 17, 92, 200-204]: приведенные затраты на единицу продукции;49 удельные энергетические затраты; сроки окупаемости (амортизация); относительный расход условного топлива; эксергетические коэффициенты и др.Первый из указанных критериев позволяет оценить, какой эффектприменение теплового насоса оказывает на стоимость производимойединицы продукции. При этом обычно дополнительно рассчитываются срокиокупаемости установленного теплового насоса, после чего на основании этихдвух критериев проводится оценка выгодности использования тепловогонасоса.
Здесь следует отметить, что данные критерии могут сильно зависетьотпроизводительностиустановок,измененияконъюнктурырынков,изменения эксплуатационных затрат и других факторов. Также они могутприменяться только в случае использования в промышленности, но неподходят для оценки использования тепловых насосов для обогревапомещений [73-75].Другойметодэнергетическихоценкизатратиоснованнаиспользованиикоэффициентаудельныхпреобразованияэнергиикомпрессором теплового насоса [61, 71, 92]. Данный метод удобен, так как онучитывает энергетические затраты, которые могут составлять до 90% всехзатрат на проведение химико-технологических процессов [11, 202-204].
Также, в отличие от критерия приведенных затрат на единицу продукции,удельныеэнергетическиезатратыможноиспользоватьдляоценкиэффективности тепловых насосов непромышленного использования. Так,например, потребитель может сравнить энергетические затраты на обогревпомещения и подаваемой в здание воды при использовании электрическихобогревателей, газовых бойлеров и тепловых насосов разных видов.КоэффициентпреобразованияэнергиитепловыхнасосовεТпредставляет собой отношение количества тепла QН, выделяющегося приконденсациисжатых паров вторичного50теплоносителя, к мощностикомпрессора теплового насоса N (т.е. затратам энергии на сжатие паров вконденсаторе) [3, 6, 61]П =Н.(1.3)Величины QН и N можно определить по изображению рабочего циклатеплового насоса на диаграмме p – i для используемого рабочего телатеплового насоса (рис.
1.9). При этом величину QН можно определить,используя зависимость [6]QН = G(i2 – i3),(1.4)где G – поток конденсирующегося теплоносителя; i2 и i3 – значенияэнтальпии сжатого пара и образующегося конденсата.p3p1p2241i3=i4i1i2iРис. 1.9. Изображение цикла работы теплового насоса с замкнутым контуромциркуляции промежуточного теплоносителя на диаграмме состояния p – i.В случае открытого теплового насоса величина G соответствует потокупаров, отводимых с процесса разделения и сжимаемых компрессором.
Вслучае закрытого теплового насоса поток теплоносителяG можноопределить исходя из количества тепла QО, получаемого вторичнымтеплоносителем от источника низкопотенциального тепла [6]=О(1 −4 )51,(1.5)где i1 и i4 – значения энтальпии теплоносителя на выходе и на входе виспаритель.Мощность компрессора теплового насоса N рассчитывается поформулеN = G(i2 – i1).Следуетзаметить,чтоформула(1.6)(1.6)неучитываетмеханический,адиабатический, электрический и индикаторный коэффициенты полезногодействия компрессора, которые могут оказывать влияние на величинудействительной мощности компрессора NД и на другие параметры работытеплового насоса.
В монографии [61] приведены формулы для расчетаразличныхКПДкомпрессора.ОбычновеличинаразличныхКПДкомпрессора колеблется от 0,8 до 0,95. Например, адиабатический КПДкомпрессора обычно принимается равным ηАД = 0,9. При учете влиянияперечисленных КПД на действительную мощности компрессора формула(1.6) будет иметь видД =(2 −1 ),(1.7)где ηΣ=ηАДηМηЭ… – общий КПД компрессора теплового насоса.Дляоценкиэффективноститепловыхнасосовможеттакжеиспользоваться эксергетический КПД, который учитывает качественные иколичественные преобразования энергии в термодинамическом цикле работытеплового насоса [6, 71, 92, 201].Как видно из уравнения (1.3), при оценке эффективности тепловогонасоса на основе коэффициента преобразования энергии производитсясравнение количества тепла, затрачиваемого на проведение процесса, имощности компрессор теплового насоса, то есть тепловой и электрическойэнергии [71, 190, 200].
Однако, из-за существенной разницы в стоимости этихдвух видов энергии (в зависимости от различных условий, последняя будет в2-5раздороже),подобноесравнениебудетнекорректным.Болеекачественную оценку эффективности использования теплового насоса можнопровести с помощью величины относительного расхода условного топлива52[6, 202, 204], которая позволяет сопоставлять расходы различных видовтоплива (нефти и ее производных, природного газа, каменного угля, торфа идр.) с учетом их теплотворных способностей.
В России за единицу условноготоплива принимается 1кг каменного угля с теплотворной способностью 29,3МДж/кг или 7000 ккал/кг.Относительный расход условного топлива nТ, отнесенный к единицеполучаемой продукции, можно рассчитать, используя зависимости [71]:ТНТ =BТН = bЭNД;О;(1.9)(1.8)BО = bТQН,(1.10)где BТН – расход условного топлива при использовании теплового насоса; BО –расход топлива на проведение обычного процесса разделения; bЭ и bТ –удельный расход условного топлива на производство единицы электрическойи тепловой энергии.В монографии [6] приводятся следующие данные по удельномурасходу топлива для различных вариантов получения электрической энергии:при использовании конденсационного цикла удельный расход топлива bЭК =114.6 кг/ГДЖ; при использовании теплофикационного цикла удельныйрасход топлива bЭТ = 68.9 кг/ГДж.
Нами было принято усредненное значениедля удельного расхода топлива на получение электрической энергии bЭ = 97.2кг/ГДж. Удельный расход топлива на получение тепловой энергии при этомсоставляет bТ = 41.8 кг/ГДж.При совместном рассмотрении зависимостей (1.3), (1.8-1.10) можнополучить конечную зависимость для определения величины nbь =Э Т Т.(1.11)Из выражения (1.11) следует, что использование теплового насоса дляобогрева процесса разделения будет выгодно при значении величиныотносительного расхода условного топлива меньше 1. Если в выражение(1.11) подставить выше приведенные значения bЭ и bТ, то получается, чтоэффективным использование теплового насоса будет при условии, когда53εТ>2,33. Используя величины εТ и nb можно определить, при каких режимахпроведение технологического процесса с применением теплового насосаявляется оправданным.1.6.
ВыводыАнализрассмотренныхлитературныхданныхповопросамсопряженных массообменных процессов и применения различных тепловыхнасосов позволяет сделать следующие выводы:1. Имеется целый ряд сопряженных массообменных процессов,которые можно успешно использовать для разделения различных смесей, атакже для очистки веществ от примесей. Применение таких процессов частопозволяет существенно расширить диапазон возможного разделения иповысить его эффективность.2.Недостаткоммногихсопряженныхпроцессовявляютсязначительные энергетические затраты, связанные с их реализацией.Существенно снизить эти затраты можно при использовании тепловыхнасосов на различных стадиях разделения.3.Разработаноиспользующихнесколькокомпрессиюразновидностейпара,тепловыхэкзотермическиенасосов,эффектыприсорбционных и реакционных процессах для изменения температурныхпотенциалов потоков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
