Ексергетичний аналіз когенераційної системи утилізації скидної теплоти промпідприємств

Автор(и)

  • Mikhail Kuznetsov Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0002-5180-8830
  • Dionis Kharlampidi Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0003-4337-6238
  • Victoria Tarasova Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0003-3252-7619

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.183883

Ключові слова:

ексергетичний аналіз, паротурбінна установка, абсорбційна теплонасосна установка, утилізація скидної теплоти

Анотація

Об'єктом дослідження є енергетичні процеси, що відбуваються в когенераційній системі утилізації скидної теплоти промпідприємств у складі паротурбінної установки і абсорбційної теплонасосної установки. Одним з найбільш проблемних місць в ході розробки і проектування таких систем є те, що тепловий розрахунок абсорбційних теплонасосних установок в цілому являє собою досить важку задачу. Це пов’язано з наявністю кількох взаємозалежних теплообмінних апаратів і складності термодинамічних і масообмінних процесів, що протікають в них. В ході дослідження використовувалися сучасні методи аналізу термодинамічних систем, що засновані на застосуванні теоретичного апарату технічної термодинаміки і теорії тепло- і масопереносу. На основі математичного моделювання тепло- і масообмінних процесів для даної когенераційної системи побудовано програмний комплекс розрахунку її термодинамічних і ексергетичних характеристик з метою проведення чисельних досліджень показників її енергетичної ефективності. Отримано база даних для розрахунку теплофізичних властивостей водоаміачного розчину з урахуванням зміни його концентрації для ідентифікації параметрів стану розчину в вузлових точках циклів. На основі чисельного експерименту проведено аналіз енергетичних і ексергетичних показників системи при варіюванні 4-х чинників:

1) температури конденсації відпрацьованої водяної пари в паротурбінній установці;

2) температури гріючої технологічної води на вході в парогенератор паротурбінної установки;

3) температури зворотної мережевої води на вході в тепловий насос;

4) масової витрати мережевої води.

Отримано узагальнене регресійне рівняння функціонального взаємозв'язку ексергетичних ККД елементів когенераційної системи і всієї системи в цілому. Проаналізовано коефіцієнти впливу ексергетичних ККД елементів на термодинамічну досконалість всієї системи. Завдяки методу ексергетичного аналізу, що використовується в дослідженні, забезпечується можливість виявити природу зовнішніх і внутрішніх втрат як по циклах в цілому, так і по окремих елементах розглянутої когенераційної системи. А також намітити шляхи поліпшення її схеми і конструкції.

Біографії авторів

Mikhail Kuznetsov, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Кандидат технічних наук, науковий співробітник

Відділ моделювання та ідентифікації теплових процесів

Dionis Kharlampidi, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Доктор технічних наук, провідний науковий співробітник

Відділ моделювання та ідентифікації теплових процесів

Victoria Tarasova, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ моделювання та ідентифікації теплових процесів

Посилання

  1. Psakhis, B. I. (1984). Metody ekonomii sbrosnogo tepla. Novosibirsk: Zapadno-Sibirskoe knizhnoe izdatelstvo, 160.
  2. Orekhov, I. I., Timofeevskii, L. S., Karavan, S. V. (1989). Absorbcionnye preobrazovateli teploty. Leningrad: Khimiia, 207.
  3. Galimova, L. V. (1997). Absorbcionnye kholodilnye mashiny i teplovye nasosy. Astrakhan: AGTU, 226.
  4. Shubenko, A. L., Babak, N. U., Seneckiy, A. V., Malyarenko, V. A. (2012). Utilization of waste warmth of technological processes of the industrial enterprise for the purpose of electric power development. Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit, 7 (101), 23–29.
  5. Peris, B., Navarro-Esbrí, J., Molés, F., Mota-Babiloni, A. (2015). Experimental study of an ORC (organic Rankine cycle) for low grade waste heat recovery in a ceramic industry. Energy, 85, 534–542. doi: http://doi.org/10.1016/j.energy.2015.03.065
  6. Van de Bor, D. M., Infante Ferreira, C. A., Kiss, A. A. (2015). Low grade waste heat recovery using heat pumps and power cycles. Energy, 89, 864–873. doi: http://doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.030
  7. Vedil, S. N., Kumar, A., Mahto, D. (2014). Waste heat Utilization of vapour compression cycle. International Journal of Scientific and Research Publications, 4 (1), 444–450. doi: http://doi.org/10.23883/ijrter.2018.4376.dmnam
  8. Singh, S., Dasgupta, M. S. (2017). CO 2 heat pump for waste heat recovery and utilization in dairy industry with ammonia based refrigeration. International Journal of Refrigeration, 78, 108–120. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2017.03.009
  9. Zhang, G., Li, Sh., Jiang, H., Xie, G. (2015). Application of Radial Heat Pipe to Heat Recovery of Flue Gas. Рroceedings of 5th International Conference on Advanced Engineering Materials and Technology, 282–285. doi: http://doi.org/10.2991/icaemt-15.2015.56
  10. Remeli, M. F., Kiatbodin, L., Singh, B., Verojporn, K., Date, A., Akbarzadeh, A. (2015). Power Generation from Waste Heat Using Heat Pipe and Thermoelectric Generator. Energy Procedia, 75, 645–650. doi: http://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.477
  11. Utlu, Z., Önal, B. S. (2018). Thermodynamic analysis of thermophotovoltaic systems used in waste heat recovery systems: an application. International Journal of Low-Carbon Technologies, 13 (1), 52–60. doi: http://doi.org/10.1093/ijlct/ctx019
  12. Qin, P., Chen, H., Chen, L., Wang, C., Liu, X., Hu, X. et. al. (2013). Analysis of recoverable waste heat of circulating cooling water in hot-stamping power system. Clean Technologies and Environmental Policy, 15 (4), 741–746. doi: http://doi.org/10.1007/s10098-012-0557-3
  13. Chepurnoi, M. N., Rezident, N. V. (2013). Primenenie parokompressionnykh teplonasosnykh ustanovok dlia utilizacii sbrosnoi teploty kondensatorov parovykh turbin. Naukovі pracі VNTU, 4, 1–7.
  14. Kostiuk, A. G., Frolov, V. V., Bulkin, A. E., Trukhnii, A. D. (2001). Turbiny teplovykh i atomnykh elektricheskikh stancii. Moscow: Izdatelstvo MEI, 488.
  15. Stoletov, V. M. (2007). Teoreticheskie osnovy kholodilnoi tekhniki. Kemerovo: KTIPP, 88.
  16. Timofeevskii, L. S. (1997). Kholodilnye mashiny. Saint Petersburg: Politehnika, 992.
  17. Bogdanov, S. N., Burcev, S. I., Ivanov, O. P., Kupriianova, A. V. (1999). Kholodilnaia tekhnika. Kondicionirovanie vozdukha. Svoistva veschestv. Saint Petersburg: SPbGAKHPT, 320.
  18. Sakun, I. A. (1987). Teplovye i konstruktivnye raschety kholodilnykh mashin. Leningrad: Mashinostroenie, 423.
  19. Komarov, N. S. (1953). Spravochnik kholodilschika. Kyiv: Gosudarstvennoe izdatelstvo tekhnicheskoi literatury USSR, 396.
  20. Brodianskii, V. M. (1988). Eksergeticheskii metod i perspektivy ego razvitiia. Teploenergetika, 2, 14–17.
  21. Morosuk, T., Tsatsaronis, G. (2008). A new approach to the exergy analysis of absorption refrigeration machines. Energy, 33 (6), 890–907. doi: http://doi.org/10.1016/j.energy.2007.09.012
  22. Morosuk, L. I., Grudka, B. G. (2017). Introduction to the Exergy Analysis of Absorption-Resorption Refrigeration Machine. Refrigeration Engineering and Technology, 53 (1), 4–10. doi: http://doi.org/10.15673/ret.v53i1.533
  23. Kuznecov, M. A. (2012). Termoekonomicheskii analiz teplonasosnoi sushilnoi ustanovki. Problemy mashinostroeniia, 15 (1), 36–42.
  24. Kuznetsov, M., Kharlampidi, D., Tarasova, V., Voytenko, E. (2016). Thermoeconomic optimization of supercritical refrigeration system with the refrigerant R744 (CO2). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (8 (84)), 24–32. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.85397
  25. Kharlampidi, D. Kh., Tarasova, V. A., Kuznetsov, M. A. (2015). Advanced techniques of thermodynamic analysis and optimization оf refrigeration units. Industrial Gases, 6, 55–64. doi: http://doi.org/10.18198/j.ind.gases.2015.0802
  26. Macevitii, Iu. M., Kharlampidi, D. Kh., Tarasova, V. A., Kuznecov, M. A. (2016). Termoekonomicheskaia diagnostika i optimizaciia parokompressornykh termotransformatorov. Kharkiv: ChP «Tekhnologicheskii Centr», 160.
  27. Kharlampidi, D., Tarasova, V., Kuznetsov, M., Voytenko, E. (2017). Thermodynamic analysis of air-compression refrigerating machine based on the exergy cost theory. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (89)), 30–38. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112113

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-07-25

Як цитувати

Kuznetsov, M., Kharlampidi, D., & Tarasova, V. (2019). Ексергетичний аналіз когенераційної системи утилізації скидної теплоти промпідприємств. Technology Audit and Production Reserves, 5(1(49), 10–21. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.183883

Номер

Том 5 № 1(49) (2019): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології та системи енергопостачання: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Mikhail Kuznetsov, Dionis Kharlampidi, Victoria Tarasova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.