microbik.ru
1 2 3 4



ТРИГЕНЕРАЦИЯ НА АЭС: СРАВНЕНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

2012

Содержание

Введение

3

1. Актуальность систем тригенерации

4

2. Схемы и циклы выработки холода

6

2.1.Абсорбционные холодильные машины

6

2.2.Паровые компрессионные холодильные машины

7

3.Влияния температуры греющего пара на эффективность абсорбционной установки

9

4.Влияния температуры греющего пара на недовыработку мощности в турбине

13

5.Выбор оптимального давления теплофикационных отборов турбоустановки АЭС

15

6.Расчет электрической мощности для компрессионной холодильной установки

20

7.Сравнение энергетической эффективности абсорбционной и компрессионной холодильных установок

22

8.Влияние абсорбционной холодильной установки на окружающую среду

23

Заключение

24

Список литературы

25

Приложение 1

26

Приложение 2

27

Введение

Россия, как и другие продвинутые страны, столкнулась с проблемой энергодефицита. Аварии, а также отключение электроснабжения, нехватка либо отсутствие теплоснабжения — все это требует решения, решения быстрого. Впрочем, чтобы запустить дополнительные мощности, требуется затрачивать годы на строительство электростанций либо станций, которые генерируют тепло.

Комбинированное производство тепловой, электрической и холодильной энергии (тригенерация) представляет на сегодняшний день 1 из наиболее современных технологических решений в плане и повышения энергетической эффективности, решения экологических проблем.

Оптимизация потребления энергии является серьезной задачей, ее решение важно и с экономической точки зрения, и в отношении улучшения экологии. В жилых зданиях распределение энергопотребления выглядит следующим образом: 57% энергии идет на отопление помещений, 25% — на производство горячей санитарной воды и 11% — на питание электробытовых приборов.

Если не забывать, что значительная доля энергии расходуется на отопление, а также приготовление горячей санитарной воды, нужно знать, каковы последствия использования тепловой энергии, в том числе, какова степень загрязнения атмосферы, которая обусловлена производством тепла на бытовое отопление. Для минимизации негативного воздействия на экологию, а также уменьшения финансовых расходов представляется, что, кроме разработки совершенно новых альтернативных видов экологически безопасного топлива, следует шире эксплуатировать современные технологии, которые в определенных ситуациях могут существенно повысить производительность и улучшить применение источников энергии.

Системы когенерации (комбинированное производство тепла и электроэнергии) и тригенерации (комбинированное производство тепла, холода, а также электроэнергии) представляют собой максимально эффективный и рациональный способ использования традиционных источников энергии (ископаемое горючее) и возобновляемых источников энергии (биогаз и солнечная энергия).

К примеру, системы когенерации в сочетании с холодильным оборудованием абсорбционного типа являются удачным выходом в ситуации, когда нужно обеспечить регенерацию и преобразование избыточного тепла в холодильную энергию.

Поэтому, системы тройного действия  являются эффективным решением для удовлетворения все время растущего спроса на электроэнергию, тепло и холод.

Целью данной работы является сравнение подключения абсорбционной установки к одному из теплофикационных отборов турбоустановки К–1000 –60/1500 ХТЗ, установленной на энергоблоке АЭС с ректором ВВЭР–1000 и парокомпрессионной компрессионной холодильной установки, работающей от отпускаемой мощности электрогенератора энергоблока.

  1. Актуальность систем тригенерации

Гибкость системы тригенерации, которая способна использовать утилизируемую энергию для теплоснабжения во время холодного сезона (зимой) и холодоснабжения во время теплого сезона (летом) позволяет увеличить продолжительность времени, в течение которого система может работать с максимальной эффективностью, что отвечает как интересам собственника, так и соображениям охраны окружающей среды.



Рис. 1. Оптимизация работы предприятия в течение года за счет тригенерации; А и В – загрузка тригенерационной установки, С – закупка электроэнергии во внешней сети, D – подключение компрессорной холодильной системы, E – ввод в работу резервного котла

Выбор принципиального подхода к использованию систем тригенерации, а также стратегии управления системой имеет большое значение и заслуживает тщательного рассмотрения.

Решение, при котором весь необходимый холод производится за счет абсорбционной холодильной системы, редко оказывается оптимальным. Например, в системах кондиционирования воздуха для удовлетворения потребностей в охлаждении на протяжении большей части года достаточно 70% пиковой мощности охлаждения. Остальные 30% при необходимости могут быть обеспечены резервными компрессорными установками.

Такой подход позволяет минимизировать капитальные затраты, связанные с внедрением системы.

Для нахождения оптимального применения утилизируемой энергии и, как следствие, достижения максимального КПД (по отношению к энергии топлива) системы тригенерации ориентированы на удовлетворение потребностей как в тепле, так и в холоде. Тригенерация представляет собой дальнейшее развитие концепции когенерации посредством добавления к системе холодильной установки. Дополнительные инвестиции такого рода не имеют смысла в том случае, если предприятие, внедряющее систему когенерации, способно найти на собственном производстве эффективное применение всему утилизируемому теплу.

Однако такие инвестиции могут быть оправданы в том случае, если определенные периоды работы предприятия не все тепло находит применение, или потребность в тепле вообще отсутствует, но имеется потребность в охлаждении воды или воздуха. Например, тригенерация часто используется для кондиционирования воздуха в зданиях, когда зимой необходим подогрев, а летом – охлаждение, или когда одни помещения нуждаются в отоплении, а другие – в охлаждении.

Многие промышленные производства и общественные здания также характеризуются подходящим балансом потребностей в тепле и холоде. В качестве примеров можно назвать, в частности, пивоваренные предприятия, торговые центры, аэропорты и больницы.

Тригенерация применяется также в следующих системах:

Районное кондиционирование – метод удовлетворения потребностей жилых зданий, коммерческих объектов и, иногда, промышленных предприятий в кондиционировании (охлаждении) с помощью систем коллективного пользования.

В таких видах чаще всего используются абсорбционные охладители (чиллеры), которые достаточно легко интегрируются с когенерационным оборудованием. Основные причины для этого состоят в следующем: удовлетворение летней потребности в кондиционировании существенно повышает экономическую привлекательность применения когенерации за счет выравнивания сезонной потребности в тепловой энергии; в качестве хладагента в чиллере применяется вода, а не экологически вредные хлоро-фторо-углероды (традиционно используемые в индивидуальных кондиционерах)

Промышленное кондиционирование. В некоторых секторах экономики, в частности, в пищевой промышленности, существует потребность в холодной воде с температурой 100С – 150С, используемой в технологических процессах. В то же время в летний период температура речной воды находится на уровне 250С – 300С (пивоварни, например, используют холодную воду для охлаждения и хранения готового продукта, на животноводческих фермах вода используется для охлаждения молока). Производители замороженной продукции работают с температурами от -200С до -300С круглогодично[1].

  1. Схемы и циклы выработки холода

    1. Абсорбционные холодильные машины

Абсорбционные холодильные машины используют энергию в виде тепла.

В воздушных, парокомпрессионных и пароэжекторных холодильных машинах сжатие холодильного агента, необходимое для переноса тепла на более высокий температурный уровень, осуществляется путем механического компрессирования. В абсорбционной холодильной машине повышение давления рабочего тела достигается путем так называемой термохимической компрессии, для чего требуется затрата тепла при температуре более высокой, чем температура окружающей среды.

Рабочим веществом в абсорбционной машине является раствор двух полностью растворимых друг в друге веществ с резко различными температурами кипения. При этом легкокипящее вещество является холодильным агентом, а вещество с более высокой температурой кипения – абсорбентом. Как известно, температура кипения бинарного раствора при данном давлении зависит от концентрации раствора.

Фазовая диаграмма состояния бинарного (двойного) раствора приведена на рис.2. Здесь через c обозначена концентрация холодильного агента; температуры в точках 1 и 2 представляют собой температуры кипения соответственно чистого абсорбента и чистого холодильного агента. Пограничная кривая 1a2b1 изображает равновесие состояния системы при наличии обеих – жидкой и газообразной – фаз. Нижняя ветвь 1a2 соответствует состояниям жидкой фазы, а верхняя ветвь 1b2 – газообразной фазе (насыщенному пару) при равновесном сосуществовании обеих фаз. Другими словами, кривая 1a2 представляет собой линию кипения раствора при данном давлении, а кривая 1b2 – линию конденсации насыщенного пара.



Рис. 2. Фазовая диаграмма состояния бинарного раствора

Пусть состояние кипящей жидкости раствора изображается точкой A на кривой 1a2; тогда состояние пара, находящегося с ней в равновесии, характеризуется точкой B на кривой 1b2, т.е. при кипении раствора концентрации c образуется пар, имеющий по сравнению с исходным раствором более высокую концентрацию легкокипящего компонента.

Если в испарителе, помещенном в охлаждаемом помещении, образуется насыщенный пар с высокой концентрацией c1, состояние которого изображается точкой B1, то этот пар может находиться в равновесии с кипящей жидкостью, имеющей концентрацию c1. По отношению к жидкости с меньшей концентрацией c2<c1, кипящей при температуре t2, этот пар является переохлажденным; поэтому при соприкосновении их начнется конденсация пара, следствием которой будет полное поглощение или абсорбция пара жидкостью. При этом тепло конденсации будет отводиться при температуре жидкости t2 более высокой, чем температура пара t1. В результате будет происходить переход тепла от тела менее нагретого (пара высокой концентрации) к телу более нагретому (жидкости низкой концентрации).

Основные элементы абсорбционной машины – парогенератор с конденсатором и абсорбером предназначены для непрерывного воспроизводства жидкости высокой концентрации, поступающей затем в испаритель на парообразование, и жидкости низкой концентрации, служащей для абсорбции (поглощения) концентрированного пара. На рис.3 приведена принципиальная схема абсорбционной машины.



Рис. 3. Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины

Пар высокой концентрации образуется за счет кипения жидкости малой концентрации в парогенераторе 1 при давлении p2 более высоком, чем давление в испарителе и абсорбере. Для испарения жидкости к генератору подводится тепло qг при температуре tг, которая должна быть не ниже температуры кипения при данном давлении и данной концентрации и во всяком случае больше t0.

Пар высокой концентрации поступает в конденсатор 2, где конденсируется, отдавая тепло конденсации qк охлаждающей воде, имеющей температуру t0 окружающей среды. Образовавшаяся жидкость высокой концентрации дросселируется в регулирующем вентиле 3 от давления p2 до давления p1. При дросселировании температура жидкости понижается до температуры более низкой, чем в охлаждаемом помещении.

После этого жидкость поступает в находящийся в охлаждаемом помещении испаритель 4. Вследствие того что температуру жидкости меньше температуры охлаждаемого помещения, жидкость испаряется, поглощая от последнего тепло qх. Образующийся при этом пар, имеющий температуру t1 и давление p1, поступает из испарителя в абсорбер 5, где абсорбируется при температуре t0>t1, отдавая тепло абсорбции q2 охлаждающей воде.

При кипении жидкости в генераторе концентрация холодильного агента в жидкости понижается, а в абсорбере вследствие поглощения концентрированного пара, наоборот, повышается. Для поддержания концентраций в обоих аппаратах неизменными между ними осуществляется циркуляция либо при помощи насоса 6, либо естественным путем за счет разности плотностей растворов разной концентрации.

По пути из генератора в абсорбер жидкость дросселируется регулирующим вентилем 7[2].


    1. Паровые компрессионные холодильные машины

В качестве рабочих веществ (холодильных агентов) в паровых холодильных машинах могут быть использованы вещества с технически допустимым давлением насыщенных паров во всем диапазоне температур цикла. Желательно, чтобы холодильный агент имел большую величину скрытой теплоты парообразования и достаточно высокую критическую температуру.

В компрессионных холодильных машинах вода не используется как холодильный агент, несмотря на ее доступность, абсолютную безвредность и дешевизну. Недостатком воды как холодильного агента является чрезмерно низкое давление кипения при ограниченном диапазоне температур – не ниже –40 С. Например, температуре кипения воды 20 С соответствует давление 0,0072 бар; в обычной компрессионной машине поддерживать такое низкое давление невозможно.

До последних лет в холодильной технике использовались в качестве холодильных агентов: хлористый метил (СН3CI), углекислота (CO2) и наиболее часто аммиак (NH3). Аммиак применяется главным образом в холодильных машинах с поршневыми компрессорами для получения температур не ниже –650 С.

За исключением аммиака, применявшиеся ранее холодильные агенты вытесняются в настоящее время группой веществ, называемых фреонами – фторхлорпроизводными углеводородов типа CmHxFyCIz. Число возможных фторхлорпроизводных чрезвычайно велико, причем многие их них в настоящее время синтезируются в достаточных количествах.

Температура кипения фреонов при атмосферном давлении в зависимости от их химического состава изменяется в широком интервале, что дает возможность применять их в холодильной технике для самых различных целей.

Схема паровой компрессионной машины приведена на рис. 4.



Рис. 4. Схема паровой компрессионной машины; 1 – охлаждаемое помещение (испаритель); 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – расширительный цилиндр

В процессе 4-1 испарения жидкого холодильного агента при температуре T1 и давления p1 отнимается тепло от охлаждаемого помещения. Состояние влажного пара, засасываемого компрессором, характеризуется точкой 1. Компрессор сжимает пар адиабатически по линии 1-2. Состояние в точке 2 соответствует сухому насыщенному пару, однако в общем случае адиабата 1-2 может располагаться как левее, так и правее и конечное состояние холодильного агента может соответствовать как влажному, так и перегретому пару.

Сжатый холодильный агент поступает в конденсатор, где осуществляется процесс отдачи тепла (линии 2-3) при постоянном давлении p3 и соответствующей температуре T3[2].

Осуществление адиабатического расширения жидкости по линии 3-4 требует наличия расширительного цилиндра.















следующая страница >>