Диссертация (Разработка перспективной системы теплохладоснабжения на основе абсорбционных трансформаторов теплоты)

2ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 41 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ................................... 131.1 Потенциал использования тепловых ВЭР в различных отрасляхпромышленности ........................................................................................................... 131.2 Оценка перспективности использования тепловых ВЭР производств всистемах обеспечения жизнедеятельности................................................................. 251.2.1 Характеристика потребителей тепловой энергии ...........................

251.2.2 Характеристика источников тепловой энергии ............................... 261.2.3 Анализ выхода тепловых ВЭР на некоторых производствах ........... 281.3 Потребность в искусственном холоде на химических производствах.Перспективность применения АТТ для выработки холода ...................................... 311.4 Обзор возможных рабочих веществ и областей примененияабсорбционных трансформаторов теплоты ................................................................ 331.5 Обзор опыта применения абсорбционных трансформаторов теплоты всистемах теплоснабжения потребителей ....................................................................

411.6 Выводы по разделу. Постановка задачи ....................................................... 472 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ АТТ И СИСТЕМЫТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ АТТ ................................................... 492.1 Описание математической модели АТТ ....................................................... 492.1.1 Методика термодинамического анализа внутренних циклов АТТ .. 492.1.2 Моделирование теплофизических свойств рабочих веществ АТТ ... 562.2Использованиесовременныхпрограммныхкомплексовдлямоделирования и анализа внутреннего цикла АТТ, в том числе для анализаэффективности применения новых рабочих веществ ...............................................

632.3 Разработка технологической схемы системы теплохладоснабженияпотребителей за счет использования теплоты ВЭР с применением абсорбционногопреобразователя теплоты ............................................................................................. 682.4 Описание математической модели СТХС .................................................... 732.5 Выводы по разделу 2 ...................................................................................... 793 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТУРА ВЫСОКОГОДАВЛЕНИЯ АТТ ..........................................................................................................

813.1 Описание экспериментальной установки ..................................................... 813.2 Методика проведения эксперимента и полученные результаты ............... 833.3 Оценка погрешности при проведении эксперимента.................................. 893.4 Выводы по разделу 3 ...................................................................................... 924ИСПОЛЬЗОВАНИЕКОМБИНИРОВАННОЙСИСТЕМЫТЕПЛОХЛАДОСНАБЖЕНИЯНАПРИМЕРЕПРОМЫШЛЕННЫХПРОИЗВОДСТВ ............................................................................................................ 944.1 Результаты многопараметрического анализа цикла АТТ ........................... 9434.1.1 Сравнение термодинамической эффективности бромистолитиевыхи аммиачных холодильных машин ...........................................................................

964.2 Анализ системы теплоснабжения с применением абсорбционноготеплообменного аппарата ........................................................................................... 1024.3 Анализ существующего комплекса производств аммиака, минеральныхудобрений и кислот ..................................................................................................... 1094.4 Анализ теплотехнических схем производств минерального азотнофосфорного удобрения (аммофоса) и экстракционной фосфорной кислоты ....... 1124.4.1 Производство фосфорной кислоты ..................................................

1124.4.2 Производство аммофоса .................................................................... 1184.4.3 Потенциал использования тепловых ВЭР на рассмотренныхпроизводствах ......................................................................................................... 1224.5 Оценка интегрального годового эффекта при утилизации теплоты ВЭРпроизводств на нужды теплохладоснабжения ......................................................... 1314.6 Выводы по разделу 4 ....................................................................................

1385ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯИЭКОЛОГИЧЕСКАЯОЦЕНКАЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТХС НА РАССМАТРИВАЕМЫХПРОИХВОДСТВАХ ................................................................................................... 1405.1 Прогноз экономической эффективности .................................................... 1405.2 Прогноз экологической эффективности ..................................................... 1515.3 Прогноз изменения водооборотных циклов ............................................... 1545.4 Выводы по разделу 5 ....................................................................................

159ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ .............................................................................................. 161СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................................. 163ПРИЛОЖЕНИЕ ААЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ПОДПРОГРАММ РАСЧЕТАЦИКЛОВ АТТ ............................................................................................................. 176ПРИЛОЖЕНИЕ БРЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ КЛИМАТИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА ............................................................. 1854ВВЕДЕНИЕАктуальность работы.

Структура энерготехнологических комплексовдействующих предприятий черной и цветной металлургии, химической,нефтехимической, пищевой и др. промышленностей формировалась привзаимосвязи с внешними системами обеспечения энергоресурсами (ЭР) в периодих низких внутренних цен. Низкая системная энергоэффективность многихэнерготехнологических комплексов промышленных предприятий(ЭТКПП)обуславливается тремя основными факторами: ЭТКПП формировались в периоднизких цен ТЭР, разработка структуры технологических систем промышленныхпроизводств проводилась в основном технологами без участия энергетиков;промышленныеэнергоносителитеплоэнергетическиеразличногокачествасистемыи(ПТС),количествадляпроизводящиеобеспечениятехнологических процессов создавались без учета возможности использованиявторичных энергетических ресурсов (ВЭР) технологий. Значительное количествонизкопотенциальных ВЭР технологий выбрасывается в окружающую среду сзатратами энергии и воды.

Эти факторы обусловили низкую системнуюэнергоэффективностьЭТКПП.Коэффициентполезногоиспользованияэнергоресурсов во многих ЭТКПП редко превышает 30%. Поэтому, в настоящеевремя острой является необходимость системного подхода при перспективноймодернизации ЭТКПП действующих предприятий и при проектировании новых. Всоответствии со стратегией развития и модернизации производств на основересурсосберегающих технологий, согласующейся с Энергетической стратегиейРоссии на период до 2030 года, разрабатываются направления эффективногоиспользования энергоресурсов в технологических процессах, системах икомплексах.

При этом в технологических процессах подготовки и переработкисырья вырабатываются низкопотенциальные ВЭР, которые в настоящее время, восновном, выбрасываются в окружающую среду. Проведенные оценки суммарныхпотерь теплоты с температурой выше 900С в теплоэнерготехнологическихкомплексах промышленных предприятий Российской Федерации показывают, что5они сопоставимы с суммарной величиной вырабатываемой теплоты всеми ТЭЦ икотельнымистраны.Приэтомвразрабатываемыхобщихстратегияхресурсосбережения не решается задача эффективного регенеративного и внешнегоиспользованиятепловыхвторичныхэнергетическихресурсов(ВЭР)технологических процессов.Особенность ЭТКПП заключается в его строго регламентированныхтехнологических требований по температурным и тепловым режимам ведениятехнологических процессов.

При непрерывном производстве тепловыделениямогут происходить при постоянной температуре и постоянном тепловом потоке,которые необходимо поддерживать. Это существенно усложняет использованиетепловыхВЭР,жизнедеятельностинапример,в(ЭСОЖ)энергетическихпредприятиясистемах(отопление,обеспечениявентиляция,кондиционирование, горячее водоснабжение), т.к. в течение отопительногопериода потребность ЭСОЖ в теплоте зависит от температуры наружного воздуха.Кроме того, при высоких температурах наружного воздуха возникают проблемыохлаждениявоздуха длясистем вентиляции помещений иохлаждениятехнологических процессов.

Проведенный анализ концепций и программ развитияЭТКП в различных отраслях промышленности показал, что в них решаются, какправило, отдельные задачи повышения эффективности основных технологическихпроцессов подготовки и переработки сырья в готовую продукцию илиполуфабрикат без учета взаимосвязи с ПТС предприятий.В то же время,отсутствует единая научно обоснованная концепция и методология системногообоснования целесообразности совершенствования ЭТКПП в данном направлении.В условиях внедрения новых энергосберегающих технологий необходимаразработкасоответствующихэкологическибезопасныхвысокоэффективных,ЭТКПП,максимальноресурсосберегающихиинтегрированныхстехнологическими установками и теплоэнергетическими системами предприятия,обеспечивающих системную энергетическую эффективность на протяжении всегожизненного цикла объекта, включая периоды строительства и вывода изэксплуатации.

Разработка таких решений и поиск оптимальной структуры и6параметров ЭТКПП должны проводиться на основе современных методовсистемного анализа, синтеза и оптимизации.Целью работы является: разработка новой системы для утилизации тепловыхВЭР, обеспечивающей в комбинированном режиме потребителей теплотой ихолодом с необходимыми тепловыми потоками и температурными уровнями, наоснове использования абсорбционных трансформаторов теплоты.Реализация цели предусматривает решение следующих задач:1. Выполнение системного анализа современного состояния качествафункционирования ЭТКПП различных отраслей промышленности по объемам ирежимам потребления ТЭР и генерации вторичных энергоресурсов.2.

Разработка новой комбинированной системы теплохладоснабжения(СТХС) для утилизации тепловых ВЭР с параметрами QВЭР = const, ТВЭР = const иобеспечением потребителей теплотой и холодом с необходимыми тепловымипотоками и температурными уровнями на основе абсорбционных трансформаторовтеплоты (АТТ).3. Разработка метода расчета СТХС, включающего параметры тепловых ВЭРтехнологий и режимные параметры потребителей теплоты и холода с учетомклиматических условий окружающей среды.4. Разработка математической модели АТТ и алгоритма её решения,позволяющего определять необходимые параметры теплоносителей во всехэлементах АТТ с учетом режимных параметров теплотехнологических итеплоэнергетических систем и климатических условий окружающей среды.5.

Создание экспериментальной установки для исследования процессов вконтуре высокого давления АТТ и проведение экспериментальных исследований сцелью определения соответствия разработанной математической модели АТТ иалгоритма её решения без использования диаграмм состояния растворов рабочихвеществ результатам полученных экспериментальных данных.6.