Тепловий насос в тепловій схемі промислового підприємства

Тепловий насос в тепловій схемі промислового підприємства

Вступ

Основним напрямом розвитку енергетики в Україні є централізоване вироблення теплоти і електричної енергії для потреб народного господарства. Такий шлях її розвитку викликаний тим, що створення комбінованих теплоенергетичних установок потребує менших витрат і одержана енергія за вартістю нижча, ніж при використанні окремих теплових і електричних установок, на виробництво теплоти нині витрачається більш як 30% всього палива.

Сучасні промислові підприємства є споживачами різних видів енергії: електричної, теплової (з парою, гарячою водою і гарячим повітрям), стислого повітря та інших. Кожний з потрібних видів енергії підприємство може отримувати від самостійних джерел, наприклад, від енергосистеми, котельних, компресорних станцій. Наприклад, теплову енергію можна отримати з теплоелектроцентралі, водогрійних котелень, електростанціях, де є водогрійні котли.

Широке використання водогрійних котлів в якості пікових навантажень на електростанціях, і в районах опалювальних котелень значно полегшило задачу забезпечення теплом нових жилих мікрорайонів і промислових підприємств. Особливо велике значення використання потужних водогрійних котлів має при теплопостачанні жилих мікрорайонів у великих містах і промислових центрів.

Енергетичні, екологічні та економічні проблеми у світі зумовили широке використання теплонасосних установок в системах централізованого постачання міст. У західних країнах вже дійшли висновку, що одним з найбільш ефективних заходів по утилізації теплоти вторинних енергоресурсів є ТНУ.

Завдяки раціональному використанню (перетворенню) енергії в ТНУ досягається економія паливно-енергетичних ресурсів. Тут для отримання низькотемпературної енергії не спалюється органічне паливо, як в котлах, а використовується скидна і електрична енергія.

Мета курсового проекту: підбір ефективного режиму роботи ТНУ, заживленої від конденсатора холодильної машини.

Завдання курсового проекту: розрахувати теплонасосну установку на різні режими роботи та вибрати оптимальний режим.

1. Характеристика модернізованої схеми

В даній тепловій схемі буде установлено ТНУ, яка буде відбирати теплоту з конденсатора холодильної машини та забезпечувати потреби підприємства в опаленні та гарячому водопостачанні (ГВП). До модернізації ці потреби забезпечувалися з допомогою електрокотлів. Потужність системи гарячого водопостачання складає =135 кВт, потужність системи опалення =540 кВт. Одержання пари на технологічні потреби здійснюється в приміщенні котельні, обладнаному двома паровими котлами Vitomax 200 HS з сумарною паровидатністю 18 т/год. Робочим паливом є природний газ з теплотою згорання Q^р_н = 33,729 МДж/ м³. На потреби виробництва та виготовлення пари використовується вода із свердловини. Хімводопідготовка складається з механічного та натрієво-катіонітових фільтрів. Оброблена вода з хімводопідготовки надходить в конденсаційний бак, де змішується з конденсатом, що повертається з підприємства, а далі суміш подається конденсатними насосами на деаераційно-живильну установку для видалення кисню і вільної вуглекислоти. Установка складається з деаератора ДСА і чотирьох живильних насосів. Деаерована вода з температурою 102 °С проходить через охолодник живильної води, де охолоджується до температури 52°С.

2. Розрахунок грійного контуру

Для передачі теплової енергії для споживачів опалення та ГВП буде використовуватися грійний контур (рис. 2.1), заживлений від конденсатора ТНУ та утилізатора теплоти відхідних газів після ДВЗ. Також у контурі знаходяться теплообмінники, які відбирають теплоту на ГВП і опалення. Вода на підігрівник ГВП йде з температурою 65°С, а повертається з температурою 40°С. На підігрівник опалення вода йде з температурою 70°С, і повертається з температурою 40°С. Температура води в грійному контурі перед конденсатором ТНУ складає 50°С, після нього - 70°С, а за теплообмінником від утилізатора - 104°С. Маючи потужності ГВП та опалення, можна визначити температуру води після теплообмінника з ГВП, та витрату води в грійному контурі.

Рисунок 2.1 Грійний контур

Потужність системи ГВП

                                (2.1)

де - витрата води в грійному контурі, кг/с;

= 4,19 - ізобарна теплоємність води;

 - шукана температура, °С.

Потужність системи опалення

                                  (2.2)

З формул (2.1) і (2.2) ми можемо вивести вираз для визначення шуканої температури

Підставивши значення, отримаємо

Тепер ми можемо визначити витрату води в грійному контурі, з формули (2.1)

3. Багатоваріантний аналіз роботи ТНУ в різних режимах

3.1 Розрахунок теплового насоса на максимальне теплове навантаження випарника

Розрахунок теплового насоса, який відбирає теплоту від конденсатора холодильної машини потужністю 0,621 МВт, на навантаження теплового споживача для середньо опалювального періоду при навантаженні 100% потужності на випарник ТНУ наведено в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Розрахунок теплового насосу на навантаження теплового споживача

В даній таблиці розраховано показники роботи теплового насосу, який відбирає теплоту від конденсатора холодильної машини, що раніше надходила в градирню, звідки викидалася в навколишнє середовище. В середньо-опалювальний період утилізується 0,551 МВт теплоти з максимально можливих 0,621 МВт.

.2      Розрахунок установки утилізації теплоти відхідних газів від двигуна внутрішнього згорання для ТНУ при навантаженні 100% теплової потужності на випарник

Розрахунок установки утилізації відхідних газів від ДВЗ, що забезпечує необхідну потужність для роботи компресора ТНУ наведено в таблиці 3.2

Таблиця 3.2- Розрахунок установки утилізації теплоти відхідних газів з ДВЗ

Ефективний ККД ДВЗ       η_еф          -            

Питома витрата умовного палива на дизель-генератор      

Масова витрата води з утилізатора             G_ут          кг/с        

В даній таблиці було розраховано ДВЗ установку утилізації теплоти відхідних газів від ДВЗ для середньоопалювального періоду та на максимальний режим роботи для ТНУ при навантаженні 100% теплової потужності на випарник.

3.3 Розрахунок теплового насоса при навантаженні 70% теплової потужності на випарник

Розрахунок теплового насоса, який відбирає теплоту від конденсатора холодильної машини потужністю 0,621 МВт, на навантаження теплового споживача для середньо опалювального періоду при навантаженні 70% потужності на випарник ТНУ, та при максимальному навантаженні на конденсатор від випарника холодильної машини наведено в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 - Розрахунок теплового насосу на навантаження теплового споживача

В даній таблиці розраховано показники роботи теплового насосу при навантаженні 70% теплової потужності на випарник, який відбирає теплоту від конденсатора холодильної машини, що раніше надходила в градирню, звідки викидалася в навколишнє середовище. В середньоопалювальний період корисно утилізується 0,551 МВт теплоти з максимально можливих 0,621 МВт.

.4 Розрахунок установки утилізації теплоти відхідних газів від двигуна внутрішнього згорання при навантаженні 70% теплової потужності на випарник

Розрахунок установки утилізації відхідних газів від ДВЗ, що забезпечує необхідну потужність для роботи компресора ТНУ наведено в таблиці 3.4

Таблиця 3.4- Розрахунок установки утилізації теплоти відхідних газів з ДВЗ

Ефективний ККД ДВЗ       η_еф          -            

Питома витрата умовного палива на дизель-генератор      

Масова витрата води з утилізатора             G_ут          кг/с        

В даній таблиці було розраховано установку утилізації теплоти відхідних газів від ДВЗ для середньоопалювального періоду та на максимальний режим роботи при навантаженні 70% теплової потужності на випарник ТНУ.

3.5 Розрахунок теплового насоса на навантаження теплового споживача при відведені половини теплової потужності на випарник

Розрахунок теплового насоса, який відбирає теплоту від конденсатора холодильної машини потужністю 0,621 МВт, на навантаження теплового споживача для середньо опалювального періоду при навантаженні 50% потужності на випарник ТНУ, та при максимальному навантаженні на конденсатор від випарника холодильної машнини наведено в таблиці 3.5.

Таблиця 3.5 - Розрахунок теплового насосу на навантаження теплового споживача

В даній таблиці розраховано показники роботи теплового насосу при відведені половини теплової потужності на випарник, який відбирає теплоту від конденсатора холодильної машини, що раніше надходила в градирню, звідки викидалася в навколишнє середовище. В середньоопалювальний період корисно утилізується 0,551 МВт теплоти з максимально можливих 0,621 МВт.

3.6 Розрахунок установки утилізації теплоти відхідних газів від двигуна внутрішнього згорання при відведені половини теплової потужності на випарник ТНУ

Розрахунок установки утилізації відхідних газів від ДВЗ, що забезпечує необхідну потужність для роботи компресора ТНУ наведено в таблиці 3.6

Таблиця 3.6- Розрахунок установки утилізації теплоти відхідних газів з ДВЗ

Ефективний ККД ДВЗ       η_еф          -            

Питома витрата умовного палива на дизель-генератор      

Масова витрата води з утилізатора             G_ут          кг/с        

тепловий насос опалення випарник

В даній таблиці було розраховано ДВЗ установку утилізації теплоти відхідних газів від ДВЗ для середньоопалювального періоду та на максимальний режим роботи ТНУ при навантаженні половини теплової потужності на випарник.

4. Обґрунтування вибору оптимального варіанту та підбір обладнання

Найбільш енергетично-доцільним виявився варіант ТНУ, де половина теплової потужності йде на конденсатор, а інша половина - на випарник. Потужність ТНУ в такому випадку буде складати від 227,50 до 306 кВт, а електрична потужність компресора від 0,0788 до 0,106 МВт в залежності від режиму роботи.

У відповідності з розрахованими потужностями приймаємо до встановлення тепловий насос виробництва ЗАТ «Енергія» (Росія): марки ТН-400 з потужністю конденсатора Q_к=360 кВт. Габаритні розміри компресорного агрегату: 3,29х1,87х1,50. Ціна даного обладнання становить 606 767 тис. грн.

Для забезпечення теплового насосу необхідною кількістю електроенергії на максимальну потужність потужністю N_к= 0,294 МВт підібрано газодизельну електростанцію серії АГД-315, номінальна потужність якої N=0,315 МВт, габаритні розміри 3340 х 1340 х 1930. Ціна даного обладнання становить 78600 грн.

Висновки

В даному курсовому проекті розраховувалась ТНУ для парової котельні з двома котлами Vitomax 200 HS з максимальною паровидатністю 18т/год. Котельня відпускає пару з параметрами Р₀ = 1,2 МПа, t₀ = 188 °С, h₀ = 2785 кДж/кг для технологічногічних споживачів та власних потреб.

Було проаналізовано варіанти теплових схем з когенераційною теплонасосною установкою з передачею 100%, 70% та 50% теплових потужностей на випарник для паралельного та послідовного підключення утилізаційного устаткування ДВЗ.

Найбільш ефективним є варіант теплової схеми з когенераційною ТНУ з підключенням 50% потужності на випарник та паралельним підключенням утилізаційного устаткування ДВЗ.

Cписок літератури

1 Стенин В.А. Использование теплонасосной установки в системах теплоснабжения [Текст] / В.А. Стенин // Теплоэнергетика. - 1997. - №5. -

С. 28-29.

2 Бубялис Э. Теплота городских сточных вод в системе центра-лизованного теплоснабжения г. Алитуса [Текст] / Э.Бубялис, К.Мар-цинауска // Промышленная теплотехника. - 1999. - №2-3. - С. 141-145.

Савельев С.Н. Использование тепловых насосов как направление энергосбережения [Текст] / С.Н.Савельев // Пром. энергетика. - 1992. - №4. - С. 33-35.

Соколова И.В. Варианты практического применения тепловых насосов[Текст] / И.В.Соколова, Л.А.Володина// Холодильная техника. - 1991. - №11. - С. 11-13.

Денисова А.Е. Особенности работы теплового насоса в комплексной альтернативной системе теплоснабжения[Текст] / А.Е.Денисова // Экотехнологии и ресурсосбережение.-2001.-№1.-С. 6-8.

Крикавський Є.В. Стан і перспективи розвитку централізованого теплопостачання [Текст] / Є.В.Крикавський, З.С.Жуковська, М.В.Терех // Ринок інсталяційний. -2001. -№3. -С. 14-15.

Теплонасосные системы с подземными аккумуляторами теплоты [Текст] / [ Б.Х.Драганов, Т.В.Морозюк, Р.К.Никульшин, Т.В.Гулько] //Пром. теплотехника. - 2000. - Т.22. - №5-6. - С. 46-49.

8 Внедрение теплонасосных установок - важная народно хозяйстве-нная задача (по итогам конкурса ГКНТ) [Текст] / [Л. С.Хрилев, И. М.Калнинь, Б. М.Козлов, И. В.Рябчиков] // Теплоэнергетика. - 1992. - №4. - С. 20-23.

9 ЗАО «Енергія» Режим доступу: <http://www.nsk.ru/~energy/rekvis.htm>

10 Пяткин А.М. Методы экономической оценки и выбора эффективных энергосберегающих мероприятий [Текст] / А. М.Пяткин //Промышл. энергетика. -1988. -2. -с. 4-7.

Рабинович М.Ф. Экономические показатели систем тепло-снабжения с нетрадиционными источниками энергии и методика их расчета [Текст] / М..Ф. Рабинович // Экономика Украины. - 1997. - №10. - С. 83-85.

Додаток А

(обов’язковий)

ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ

на курсовий проект на тему: «Когенераційна тепло насосна установка в тепловій схемі ВАТ «Люстдорф».

. Найменування і область використання продукції

Теплонасосна установка в тепловій схемі ВАТ «Люстдорф» м. Іллінці призначена для забезпечення потреб опалення та гарячого водопостачання.

. Основа для виконання робіт:

Основою для виконання робіт є індивідуальне завдання на курсовий проект, вихідні дані з підприємства.

. Мета та призначення розробки:

Метою проектування є визначення раціональної схеми теплонасосної установки на базі водогрійної котельні для забезпечення теплових навантажень.

. Джерела розробки:

Основою для розробки є індивідуальне завдання на курсовий проект, дані багатьох літературних джерел та інші технічні матеріали про ефективність застосування теплонасосної установки на підприємствах промислової теплоенергетики.

.1 Використання перспективних систем теплопостачання з тепловими насосами для утилізації теплоти викидів підприємств України: збірка тез доповідей ІV Міжнародної науково - практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених [“Екологія. Людина. Суспільство.”], [Текст](Київ, 14-16 травня 2001р.) / О. П. Остапенко - К.: НТУУ “КПІ”, 2001. - С. 152-153.

.2 Застосування теплових насосів в системах теплопостачання - ефективний напрямок енерго- і ресурсозбереження: збірка тез доповідей ІІІ Всеукраїнської науково - практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених [“Екологія. Людина. Суспільство.”], [Текст](Київ, 11-12 травня 2000р.) / О. П.Остапенко. - К.: НТУУ “КПІ”, 2000. - С. 131-132.

.3 Ткаченко С. Й. Аналіз енергетичної ефективності застосування теплонасосних установок в системах централізованого теплопостачання [Текст] / С. Й. Ткаченко, М. М. Чепурний, О. П. Остапенко// Вісник ВПІ. - 2002. - №4. - С. 48-52.

.4 Ткаченко С. Й. Аналіз ефективності застосування теплонасосних установок з дизельним приводом компресора [Текст]/ С. Й. Ткаченко, М. М. Чепурний, О. П. Остапенко // Вісник ВПІ. - 2002. - №5. - С. 39-41.

.5 До питання про вибір холодоагенту для теплонасосних установок [Текст] / [.С. Й. Ткаченко, М. М. Чепурний, О. П. Остапенко, В. А. Го-родецький]; Вісник ВПІ. - 2002. - №2. - С. 42-44.

.6 Остапенко О. П. Теплонасосні установки в системах теплопостачання [Текст] / О. П. Остапенко// Вісник ВПІ. - 2002. - №3. - С. 55-59.

.7 Ткаченко С. Й. Узагальнена теплотехнологічна система з теплонасосною установкою [Текст] / С. Й. Ткаченко, О. П. Остапенко / Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві: Науково-технічний збірник. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця. - 2006. - №3. - С.136-141.

.8 Ткаченко С.Й. Парокомпресійні теплонасосні установки в системах теплопостачання. Монографія / С.Й. Ткаченко, О.П Остапенко. - Вінниця: УНІВЕРСУМ - Вінниця. - 2009. - 176с.

. Технічні вимоги:

.1 Головною вимогою є отримання теплової енергії у вигляді гарячої води з параметрами які відповідають графікам теплових навантажень.

.2 Забезпечення потужності споживачів

.2.1Потужність системи опалення для максимально середньо опалювального періоду..................0,54 МВт

.2.2 Потужність системи гарячого водопостачання ……....0,135 МВт

.3 Забезпечення власних потреб в тепловій енергії.

. Стадії та етапи розробки

6.1Аналіз і показники роботи існуючої схеми котельні

.2Багатоваріантний аналіз теплової схеми водогрійної котельні з теплонасосною установкою;

.3Висновки;

6.4Розробка графічної документації.

Початок розробки ’’_____’’________________2012 р.

Крайні терміни виконання КП ’’_____’’________________2012 р.

. Порядок контролю та прийняття

Виконання етапів графічної та розрахункової документації курсового проекту контролюється керівником згідно з графіком виконання.

. Коректування технічного завдання допускається з дозволу керівника проекту.

Розробив студент гр. ТЕ-12сп_________________