Тепловые насосы высокой мощности для получения температуры +100 — +250°С и холода
Получение теплоносителя-источника высокопотенциальной теплоты +100 — +250°С от теплоносителя-источника низкопотенциальной теплоты +20 — +70°С производится на воздушных тепловых насосах с коэффициентом преобразования (топливным коэффициентом) ? = 2,5 — 3,2. При ? = 3 соотношение энергий будет примерно следующее: 33% — вклад внешнего источника нижней температуры, 33% — вклад собственного отработанного теплоносителя («обратки»), 33% — вклад высокопотенциальной энергии от механического привода. Ожидаемые мощности подобных установок по приводу могут составлять от 1 до 20 МВт, эффективность не ниже, чем у классических тепловых насосов, которые работают на фреоне, хладоне и т.п. Если известные тепловые насосы имеют греющую температуру порядка +65°С, то предлагаемый насос при том же топливном коэффициенте ? = 2,5 — 3,2 обеспечивает греющую температуру на уровне +100 — +250?С.
Использование подобных воздушных тепловых насосов приводит в эквивалентном пересчете к уменьшению расхода промышленного газа в 1,4 — 1,5 раза.
На рисунке показан тепловой насос, который включает в себя: привод 1 (электрический, паровой, ГТД), непосредственно агрегат 2, турбину перерасширения 3, первый утилизационный теплообменник 4, дожимающий компрессор 5, питательный теплообменник 6, второй утилизационный теплообменник (может отсутствовать) 8, ресивер 7.
Работа установки происходит следующим образом: в ресивере 7, например с сухим воздухом, единожды создается начальное давление Р0* и температура Т0*. Далее рабочее тело расширяется на турбине 3 до температуры 0 — минус 40°С (при минусовых температурах используется антифриз). В теплообменник 4 подаются имеющиеся на предприятии тепловые утилизационные потоки, например требующие охлаждения технологические продукты, сточные воды, требующий конденсации пар. Охлаждаясь, например до +3?С — +5?С они, тем самым, вводят в насос низкопотенциальное тепло. Нагретое рабочее тело сжимается в компрессоре практически до начального давления и с температурой +100 — +250°С (в зависимости от первоначальной настройки параметров в ресивере 7) подается на питательный теплообменник 6. В этом теплообменнике снимается ровно столько тепла, чтобы параметры в ресивере 7 оставались неизменными.
Подобные насосы рекомендуется использовать на крупных промышленных предприятиях, где имеются мощные низкопотенциальные потоки продукта, воды, пара и т.п., например на нефтехимических, машиностроительных предприятиях, предприятиях пищевой промышленности и т.п. Полученные температуры в + 100 — +250°С можно использовать как для отопления, так и для внутризаводских нужд. Кроме того, тепловой насос одновременно производит большое количество холода, что позволяет захолаживать так называемые «обратки» - возвращаемую на ТЭЦ теплую воду, которая по нормам не должна иметь температуру выше 25°С. В настоящее время на ТЭЦ возвращается вода с температурой порядка 40°С, что снижает КПД паровых турбин. Практически каждое предприятие платит сейчас значительные штрафы по причине возврата теплой воды на ТЭЦ.
КГТУ (КАИ) в состоянии совместно с потенциальным Производителем выполнить весь комплекс работ и поставить агрегат конкретных параметров «под ключ».
420111, Kazan, K.Marx str., 10
KAZAN NATIONAL RESEARCH TECHNICAL UNIVERSITY
Republic of Tatarstan
