ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1419
Скачиваний: 4
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Вище
були
розглянуті
випадки
адіабатного
розширення
робочого
тіла
,
однак
аналогічні
міркування
можуть
бути
проведені
для
ізотермічного
розширення
з
тією
лише
різницею
,
що
для
здійснення
такого
процесу
необхідно
забезпечити
підведення
теплоти
для
підтримки
сталості
внутрішньої
енергії
газу
.
Визначимо
умови
,
за
яких
забезпечується
максимальна
корисна
робота
циклів
металогідридних
установок
.
Розглянемо
адіабатний
процес
розширення
водню
.
М
aca
p
об
o
чог
o
тіл
a,
що
ци
p
к
y
лює
в
циклі
,
складає
(
)
(
)
s
p
p
q
T
T
c
T
T
c
m
+
−
−
=
дес
max
H
дес
max
т
H
2
2
, (1)
де
–
теплоємність
теплоносія
;
–
теплоємність
водню
;
q
т
p
c
2
H
p
c
s
–
тепловий
ефект
фазового
переходу
.
Маючи
зн
a
ч
e
ння
т
e
мп
epa
т
yp
и
в
кінці
a
ді
a
б
a
тн
o
г
o
п
po
ц
ec
у
p
озширення
в
o
дню
,
яке
в
даному
циклі
дорівнює
т
e
мп
epa
т
yp
і
навколишнього
середовища
,
та
знаючи
перепад
тисків
в
TCK,
м
o
жливо
отримати
зн
a
ч
e
ння
т
e
мп
epa
т
yp
и
Т
2
за
виразом
(
)
k
k
s
T
T
R
q
T
T
T
T
1
1
дес
1
дес
1
2
exp
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⋅
⋅
⋅
−
=
, (2)
де
R
–
газова
стала
робочого
тіла
.
Використовуючи
формулу
(2),
отримаємо
рівняння
для
визначення
p
об
o
ти
циклу
ен
ep
г
e
тичної
yc
т
a
н
o
вки
з
T
С
K
п
p
и
a
ді
a
б
a
тн
o
му
p
озширенні
в
o
дню
(
)
(
)
(
)
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
+
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
−
⋅
−
=
1
дес
1
дес
1
H
1
дес
1
дес
1
дес
max
т
ад
exp
1
exp
1
2
T
RT
T
T
q
T
c
q
T
RT
T
T
q
RT
T
T
c
k
k
L
s
p
s
s
p
. (3)
П
p
и
використанні
замість
a
ді
a
б
a
тн
o
г
o
п
po
ц
e
су
розширення
водню
із
o
т
ep
мічного
за
умов
Т
із
>>
Т
дес
p
озрахункові
рівняння
для
визначення
м
ac
и
роб
o
чог
o
тіл
a
та
p
об
o
ти
цикл
a
б
y
д
y
ть
мати
вид
s
p
p
q
T
c
L
T
c
m
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
′
=
дес
із
max
H
2
;
(4)
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
′
−
′
⋅
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
′
−
=
дес
1
із
max
дес
із
max
із
1
1
T
T
c
L
T
c
T
c
L
T
L
p
p
p
.
(5)
Для
в
ap
і
a
нту
з
із
o
т
ep
мічним
p
озширенням
в
o
дню
п
p
и
T
із
=
T
д
ec
p
об
o
т
a
циклу
складає
величину
8’2012
115
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
(
)
[
]
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
⋅
−
−
′
=
дес
1
дес
із
дес
max
із
1
1
T
T
T
L
T
T
c
L
p
. (6)
П
p
и
к
o
мбінованому
ви
p
обленні
м
exa
нічної
ен
ep
гії
і
xo
л
o
ду
маса
робочого
тіла
та
p
об
o
т
a
цикл
a
розраховується
за
ф
op
м
y
лами
(
)
s
p
q
T
T
c
m
дес
max
H
2
−
′
=
; (7)
(
)
(
)
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
−
⋅
−
=
1
exp
1
1
1
дес
1
дес
дес
max
1
ад
k
k
T
RT
T
T
q
q
T
T
RT
k
k
L
s
s
. (8)
З
використанням
формул
(3), (5), (6)
і
(8)
проведені
розрахунки
питомої
роботи
в
розглянутих
циклах
в
залежності
від
температури
десорбції
водню
в
температурному
діапазоні
300–700
К
.
Аналіз
результатів
показав
,
що
максимальну
ефективність
має
цикл
з
ізотермічним
розширенням
робочого
тіла
при
Т
2
>
Т
дес
.
Для
цього
циклу
характерним
є
мінімальна
кількість
робочого
тіла
,
що
циркулює
в
контурі
.
Це
призводить
до
зменшення
металоємності
та
габаритів
основних
елементів
теплоенергетичних
установок
на
базі
металогідридних
ТСК
.
Таким
чином
,
на
основі
проведеного
аналізу
циклів
роботи
термосорбційних
металогідридних
компресорів
показана
можливість
використання
таких
компресорів
в
водневих
енергоперетворюючих
установках
,
визначені
переваги
використання
компресорів
даного
типу
в
порівнянні
з
механічними
,
а
також
зроблено
висновок
про
ефективність
застосування
металогідридних
ТСК
в
схемах
водневих
енергоперетворюючих
установок
.
Список
літератури
:
1.
Мацевитый
,
Ю
.
М
.
Повышение
эффективности
металлогидридных
элементов
теплоиспользующих
установок
[
Текст
] /
Ю
.
М
.
Мацевитый
,
В
.
В
.
Соловей
,
Н
.
А
.
Черная
//
Проблемы
машиностроения
. – 2006. –
Т
. 9,
№
2. –
С
. 85-93.
2.
Соловей
,
В
.
В
.
Энергосберегающие
технологии
генерации
и
энерготехнологической
переработки
водорода
[
Текст
] /
В
.
В
.
Соловей
,
А
.
И
.
Ивановский
,
Н
.
А
.
Черная
//
Компрессорное
и
энергетическое
машиностроение
. – 2010. –
№
2(20). –
С
. 21-24.
3.
Yartys, V.A.
An Overview of Hydrogen Storage Methods [Text] / V.A. Yartys, M.V. Lototsky // Hydrogen
Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. – Boston: Kluwer Academic Publishers, 2004. –
P. 75-104.
©
Кошельнік
О
.
В
.,
Чорна
Н
.
А
., 2012
Надійшла
до
редколегії
12.02.12
8’2012
116
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
УДК
697+621.18
А
.
В
.
ГУБАРЕВ
,
инженер
БГТУ
им
.
В
.
Г
.
Шухова
,
Белгород
,
Россия
;
М
.
И
.
КУЛЕШОВ
,
канд
.
техн
.
наук
;
доц
.
БГТУ
им
.
В
.
Г
.
Шухова
,
Белгород
,
Россия
;
А
.
А
.
ПОГОНИН
,
д
-
р
техн
.
наук
;
проф
.
БГТУ
им
.
В
.
Г
.
Шухова
,
Белгород
,
Россия
ПОВЫШЕНИЕ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
АВТОНОМНЫХ
СИСТЕМ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
ПРИ
ИСПОЛЬЗОВАНИИ
В
НИХ
ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ
КОНДЕНСАЦИОННОГО
ТИПА
Преобладающие
в
настоящее
время
в
Российской
Федерации
централизованные
системы
теплоснабжения
имеют
ряд
недостатков
.
Практически
все
из
них
ликвидируются
при
использовании
автономных
систем
теплоснабжения
.
В
этой
статье
приведено
обоснование
эффективности
использования
в
автономных
системах
теплоснабжения
конденсационных
водогрейных
котлов
.
Переважні
в
даний
час
в
Російській
Федерації
централізовані
системи
теплопостачання
мають
ряд
недоліків
.
Практично
всі
з
них
ліквідуються
при
використанні
автономних
систем
теплопостачання
.
У
цій
статті
наведено
обґрунтування
ефективності
використання
в
автономних
системах
теплопостачання
конденсаційних
водогрійних
котлів
.
Prevailing at the present time in the Russian Federation centralized heat supply systems have some
disadvantages. Almost all of them are liquidated when the autonomous heat supply systems are used. In this
article provides a substantiation of the condensation hot-water boilers effectiveness of use in the autonomous
heat supply systems.
Одними
из
важнейших
систем
жизнеобеспечения
являются
системы
теплоснабжения
,
посредством
которых
осуществляется
отопление
и
горячее
водоснабжение
объектов
различного
назначения
.
Особенно
велико
значение
этих
систем
для
районов
с
холодным
климатом
.
В
мире
в
настоящее
время
для
теплоснабжения
промышленных
,
гражданских
и
жилых
зданий
используется
два
основных
типа
систем
теплоснабжения
,
а
именно
–
системы
централизованного
и
децентрализованного
теплоснабжения
.
В
Российской
Федерации
при
этом
доминирующими
являются
централизованные
системы
.
Централизованные
системы
теплоснабжения
характеризуются
рядом
недостатков
,
из
-
за
которых
повышается
расход
топлива
,
увеличиваются
металлоемкость
оборудования
и
эксплуатационные
затраты
,
требуются
большие
капиталовложения
.
Первым
из
них
является
значительная
протяженность
тепловых
сетей
(
ТС
),
характеризующихся
значительными
теплопотерями
(
∆
Q
тс
= (20–50) %
в
зависимости
от
состояния
оборудования
,
трубопроводов
и
арматуры
тепловых
сетей
)
и
высокой
аварийностью
.
Кроме
того
,
монтаж
,
ремонт
и
демонтаж
участков
тепловых
сетей
неизбежно
отрицательно
влияют
на
благоустройство
городских
территорий
.
Вторым
существенным
недостатком
является
сложность
регулирования
отпуска
тепла
,
обусловленная
различными
тепловыми
режимами
,
характерными
для
различных
потребителей
.
При
этом
может
иметь
место
либо
недостаточное
обеспечение
комфортных
условий
в
отдельных
объектах
,
либо
существенный
(
до
∆
Q
р
= 15 %
)
перерасход
тепла
.
*
Работа
выполнена
при
финансовой
поддержке
Министерства
образования
и
науки
Российской
Федерации
,
ГК
№
16.516.11.6146
от
07
октября
2011
года
8’2012
117
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Централизованное
теплоснабжение
различных
объектов
в
середине
20
века
во
многом
было
обосновано
высокими
долями
твердых
и
жидких
топлив
,
используемых
для
нужд
теплоснабжения
.
При
использовании
в
качестве
теплогенерирующих
установок
котлов
,
работающих
на
жидком
и
особенно
на
твердом
топливе
,
необходимы
весьма
сложные
и
дорогостоящие
системы
топливоподготовки
и
очистки
уходящих
газов
.
Использование
таких
систем
в
автономных
котельных
нерентабельно
.
Кроме
того
,
удельные
выбросы
загрязняющих
веществ
в
атмосферу
от
котлов
малой
мощности
,
работающих
на
твердом
топливе
,
в
несколько
,
а
иногда
и
в
десятки
раз
превышают
аналогичные
показатели
твердотопливных
котельных
установок
большой
мощности
.
В
настоящее
время
доминирующим
видом
топлива
,
используемым
в
системах
теплоснабжения
,
является
газообразное
топливо
.
При
его
использовании
не
требуется
установка
габаритных
,
материалоемких
и
дорогостоящих
установок
топливоподготовки
и
газоочистки
.
Ввод
газа
в
жилые
дома
–
это
хорошо
освоенная
система
,
плотность
потока
энергии
в
газовой
трубе
,
даже
при
низком
давлении
газа
,
в
100
раз
выше
,
чем
в
теплофикационной
системе
,
долговечность
газовых
сетей
во
много
раз
выше
теплофикационных
.
Таким
образом
,
при
использовании
газового
топлива
преимущества
централизованного
теплоснабжения
становятся
сомнительными
,
а
названные
недостатки
–
явными
.
Сегодня
централизованные
системы
теплоснабжения
обоснованно
рентабельны
только
тогда
,
когда
в
качестве
источника
теплоснабжения
задействована
тепловая
,
атомная
или
гидроэлектростанция
.
В
этом
случае
тепловая
энергия
,
направляемая
на
удовлетворение
потребностей
различных
теплопотребителей
,
является
«
побочным
продуктом
»
основного
производства
–
выработки
электрической
энергии
–
и
позволяет
существенно
повысить
коэффициент
полезного
действия
электрической
станции
.
В
Российской
Федерации
источником
теплоснабжения
значительного
количества
объектов
теплопотребления
являются
районные
или
квартальные
котельные
,
ориентированные
,
чаще
всего
,
исключительно
на
отопительную
тепловую
нагрузку
.
Необходимо
отметить
,
что
коэффициент
полезного
действия
,
определенный
по
низшей
теплотворной
способности
топлива
,
теплогенерирующих
установок
тепловых
источников
таких
систем
обычно
не
превышает
91 %.
При
определении
эффективности
этих
теплогенераторов
по
высшей
теплоте
сгорания
топлива
,
величина
КПД
составляет
порядка
80 %,
а
потери
теплоты
в
теплогенерирующей
установке
(
ТГУ
),
соответственно
,
∆
Q
тгу
= 20 %
.
Таким
образом
,
суммарные
тепловые
потери
в
централизованной
системе
теплоснабжения
с
тепловым
источником
в
отопительной
котельной
достигают
величины
∆
Q
Σ
=
∆
Q
тс
+
∆
Q
р
+
∆
Q
тгу
= 20 + 15 + 20 = 55 %
,
а
при
неудовлетворительном
состоянии
тепловых
сетей
и
частых
авариях
тепловые
потери
могут
значительно
превышать
указанную
величину
.
В
настоящее
время
приведенные
выше
недостатки
централизованных
систем
теплоснабжения
могут
быть
безболезненно
устранены
при
замене
этих
систем
на
децентрализованные
.
Автономные
или
децентрализованные
системы
теплоснабжения
выгодно
отличаются
от
централизованных
тем
,
что
в
таких
системах
источник
теплоты
и
теплоприемники
потребителей
совмещены
в
одном
агрегате
или
размещены
столь
близко
,
что
передача
теплоты
от
источника
до
теплоприемников
может
производиться
8’2012
118
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
без
тепловых
сетей
.
В
этом
случае
,
соответственно
,
устраняются
и
все
указанные
выше
недостатки
,
характерные
для
тепловых
сетей
.
При
этом
важным
преимуществом
автономных
систем
теплоснабжения
является
их
маневренность
.
В
этих
системах
осуществляется
только
местное
,
а
,
при
желании
теплопотребителя
,
индивидуальное
регулирование
тепловой
нагрузки
.
То
есть
изменить
режим
работы
теплогенерирующих
установок
можно
в
считанные
минуты
,
тогда
как
переходные
режимы
в
обычных
теплофикационных
системах
продолжаются
многие
часы
.
Это
существенно
снижает
капитальные
и
эксплуатационные
затраты
,
а
,
кроме
того
,
обеспечивает
максимально
возможное
соответствие
количества
генерируемой
тепловой
энергии
реальным
потребностям
абонентов
,
что
повышает
их
комфортность
[3].
Кроме
того
,
благодаря
исследованиям
отечественных
специалистов
в
сфере
охраны
окружающего
воздуха
,
известно
,
что
при
сжигании
газообразного
топлива
выбросы
загрязняющих
веществ
,
а
,
в
частности
,
оксидов
азота
,
с
уходящими
газами
котлов
малой
мощности
существенно
меньше
,
чем
с
уходящими
газами
котлов
большой
мощности
,
используемых
в
крупных
котельных
и
на
ТЭС
.
То
есть
постепенный
переход
от
централизованных
систем
теплоснабжения
с
тепловым
источником
в
отопительной
котельной
средней
или
большой
мощности
к
автономным
системам
обеспечит
снижение
тепловых
потерь
не
менее
,
чем
на
∆
Q
тс
+
∆
Q
р
= 35 %
при
повышении
экологической
безопасности
таких
систем
.
Дополнительным
резервом
повышения
эффективности
систем
теплоснабжения
является
снижение
тепловых
потерь
непосредственно
в
теплогенерирующей
установке
.
Коэффициент
полезного
действия
современных
водогрейных
котлов
,
устанавливаемых
в
автономных
котельных
,
чаще
всего
незначительно
отличается
от
указанного
выше
КПД
котлов
средней
и
большой
мощности
.
Основной
статьей
тепловых
потерь
в
теплогенерирующей
установке
являются
потери
с
уходящими
газами
.
Они
обусловлены
высокими
температурами
(110–150 ºC
и
выше
)
продуктов
горения
на
выходе
из
котла
.
Такие
величины
температур
уходящих
газов
поддерживаются
из
-
за
низкой
интенсивности
теплообмена
в
хвостовых
поверхностях
нагрева
котла
,
обусловленной
малым
значением
движущей
силы
теплообменных
процессов
–
разности
температур
греющего
и
нагреваемого
теплоносителей
.
То
есть
для
обеспечения
глубокого
охлаждения
продуктов
горения
необходимы
очень
развитые
поверхности
теплообмена
,
что
повышает
массу
,
материалоемкость
,
габариты
,
а
,
следовательно
,
и
стоимость
котельной
установки
.
В
то
же
время
известно
,
что
при
влагосодержании
отходящих
газов
x
= 0,11–0,12
кг
/
кг
теплота
,
приходящаяся
на
1
м
3
газов
,
составляет
:
физическая
,
определяемая
температурой
– 195–220
кДж
/
м
3
,
а
влажностная
– 315–325
кДж
/
м
3
.
Если
продукты
сгорания
природного
газа
охлаждаются
ниже
температуры
точки
росы
,
составляющей
для
них
(54–55)
ºC,
то
будет
иметь
место
конденсация
части
содержащихся
в
них
водяных
паров
с
выделением
скрытой
теплоты
конденсации
[4].
При
этом
можно
достичь
существенного
снижения
потерь
тепла
с
уходящими
газами
.
Наглядным
примером
резерва
снижения
тепловых
потерь
от
котельных
установок
может
служить
изображение
процессов
охлаждения
продуктов
горения
топлива
в
водогрейных
котлах
без
конденсации
водяных
паров
и
с
конденсацией
водяных
паров
из
газов
на
I–x
диаграмме
(
см
.
рис
. 1).
Если
при
анализе
параметров
состояния
охлаждающихся
в
теплогенерирующих
установках
газов
интерпретировать
относительные
части
теплоты
,
полезно
используемой
,
теряемой
с
уходящими
газами
и
т
.
д
.,
через
соответствующие
энтальпии
продуктов
сгорания
топлива
видно
,
что
потери
8’2012
119