Тепловые насосы

КАК НАДСТРОЙКА НАД ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ЦИКЛОМ РЕНКИНА

Известно много работ, направленных на повышение КПД па­ротурбинных электростанций с помощью различных комбинирован­ных циклов с высокотемпературными «надстройками», которые теоретически позволяют повысить КПД от существующих значений 33—36 до 50% (МГД-генераторы, циклы Ренкина на парах метал­лов и т. д.).

Как показано В [6], абсорбционный тепловой насос (см. гл. 2) также может повысить КПД цикла Ренкина на водяном паре до 40—50% за счет повышения потенциала сбросного тепла.

Рабочее тело абсорбционного цикла — водяной пар, абсорбер — окись кальция. Теплонасосный цикл показан в Г — 5 диаграмме на рис. 7.38. Линия 1-2 — производство водяного пара при 700 °С (давление 10 МПа, теплота испарения 4450 кДж/кг). Процесс 2-3 — охлаждение пара до 310 °С, процесс 3-4 — конденсация при постоянной температуре, после чего по линии 4-5 давление и тем­
пература снижаются до 0,01 МПа и 45 °С. Полученная вода снова обращается в пар по линии 5-6 за счет конденсации пара цикла Ренкина, т. е. использования его сбросного тепла. Затем пар пере­гревается по линии 6-7 до 320 °С и абсорбируется окисью. кальция (7-8) по уравнению

Са0+Н20(нар)^Са(0Н)2+

-{-80 кДж/моль.

Гидрат окиси кальция нагревает­ся по линии 8-1 от 320 до 700 °С, а окись кальция возвращается к первоначальному состоянию при 320 °С по линии 9-10. Теплота, выделяющаяся в процессе 7-8 при 320 °С, идет на получение па­ра в обычном цикле Ренкина.

Точки со штрихами на рис. 7.39 показывают возможность по­лучения тепла для цикла Ренки­на не при 320, а при 510 или 560° С (циклы 5'-6'-7'-8' и 5"-6"-7"-8" соответственно).

В расчетах КПД всей схемы предполагалось, что высокотемпе­ратурный абсорбционный цикл имеет такой же КОП, как и низко­температурный. Отмечено, что в Европе и Японии стоимость элек­троэнергии складывается на 67% из топливной и на 25 % — из ка­питальной составляющих, поэтому экономия 33% топлива позволя­ет вложить в надстройку такие же капитальные затраты, как и в в основной цикл, без повышения стоимости электроэнергии. Эконо­мию капиталовложений можно получить за счет существенного уменьшения потребности в градирнях и снижения давления в цикле Ренкина от 25 до 10 МПа. Кроме того, упомянуты возможности использования аккумуляторов тепла в теплонасосной установке и применения схемы для судовых двигателей.

[1] По-внднмому, «вечный вопрос» парокомпрессионных холодильных машин и тепловых насосов об использовании работы расширения будет положительно. решеи только при создании крупных тепловых насосов единичной мощностью в десятки мегаватт. — Прим. пер.

[2] На диаграмме удобно провести перпендикуляр к точке 2', тогда КОП — это отношение отрезков 3-1 и 2'-1. Очевидно, что КОП тем выше, чем меньше интервал давлений 3-4 (или, что то же самое, чем меньше интервал темпера­тур) . — Прим. пер.

[3] При использовании теплового насоса кроме отопления еще и для горячего водоснабжения, как правило, переохлаждение вполне возможно, так как началь­ная температура поступающей воды достаточно иизка. — Прим. пер.

[4] Оба этн примера фактически не тепловые насосы, а термоэлектрические холодильники, не предназначенные для теплоснабжения. — Прим. пер.

[5] Имеется в виду электрохимический генератор. — Прим. пер.

[6] Если тепловой насос предназначен для нагрева теплоносителя с перемен­ной температурой (например, монотонно повышающейся как в случае горячего Водоснабжения), близкий к треугольному цикл с охлаждением сверхкритического Пара должен иметь существенно более высокий КОП.—Прим. пер.

[7] В 'отечественной литературе подробное описание всех компрессоров можнб найти в справочнике «Холодильные компрессоры» под ред. А. В. Быкова-, И. М, Калниня. — М.: Пищевая промышленность, 1980.

[8] См. также. P. W. White. A proposal for generating heat from wind ener­gy. — Energy for Industry. Ed. O'Kallaghan, Pergamon Press, 1980,

Ч) х б)

Рнс. 3.18. Распределение температуры в теплообменниках.

А — противоток; б — прямоток; t — однофазное течение; 2 — кондсисация.

Отдача воде или воздуху — процессы однофазные, за исключением тех случаев, когда существенно содержание влаги в воздухе.

Обычно теплообмен описывается как вынужденная конвекция, что означает движение в жидкости теплообменника под действием внешнего перепада давлений для повышения коэффициента тепло­отдачи. Здесь наиболее важным параметром является число Рей - нольдса

Re=4M/n(xD,

Где М — массовый расход; D — диаметр; ц — вязкость.

Значительный расход маловязкой жидкости в трубке неболь­шого диаметра обеспечивает высокий коэффициент теплоотдачи как для однофазного, так и для двухфазного течений, однако боль­шая скорость требует и значительного перепада давлений, так что необходимо принимать компромиссное решение. Теплообмен при свободной конвекции имеет место при отсутствии внешних движу-

[9] Хотя двигатель внутреннего сгорания и позволяет регулировать скорость, его вряд ли можно считать менее шумным, чем электродвигатель; — Прим. пер.

[10] В этой связи следует отметить преимущество крупных теплонасосных установок по сравнению с мелкими, так как на них устанавливаются только син­хронные электродвигатели, которые не снижают коэффициент мощности в энер­госистеме и даже могут его повышать. — Прим. пер.

[11] Термин «fully integrated» еще не нашел адекватного выражения в отечест­венной литературе. Имеются в виду жилища с полным использованием не только сбросного тепла, но и жидких стоков с максимальной их очисткой. — Прим. пер.

4 Зак. 1007

[12] Пессимистическое отношение авторов к использованию подземной воды не подтверждается современным повышением интереса к этому вопросу И ВЫ­ХОДОМ специального журнала. — Прим. пер.

[13] За 0% принимают равновесную влажность хлопка прн 20 °С и относительной влажно­сти воздуха 65%.

[14] Практическое применение магнетокалорического эффекта в теплонасосной и холодильной технике представляет собой новую и весьма перспективную область.

[15] Внутренний КПД эжектора (около 0,2) существенно ниже КПД механиче­ского компрессора (около 0,7), поэтому эжекторпая компрессия не получила широкого распространения. — Прим. пер.

[16] Около 30 млн. т условного топлива. — Прим. пер.

[17] Столь категорическое высказывание представляется необоснованным, ибо подобно прямым (энергетическим) циклам Ренкина при сверхкритических пара­метрах вполне возможны эффективные обратные циклы при сверхкритаческом давлении. — Прим. пер.

[18] Дословный перевод — «усилитель температуры». — Прим. пер.