Оценка эффективности использования в тепловом насосе тепла из обратного трубопровода тепловой сети при теплоснабжении от ТЭЦ
Сравнение различных схем энергообеспечения от ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) без использования теплового насоса и при его наличии. Определение электрической мощности, используемой компрессором теплового насоса. Тепловая нагрузка конденсатора ТЭЦ, ее расчет.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 30.01.2017 |
Размер файла | 503,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оценка эффективности использования в тепловом насосе тепла из обратного трубопровода тепловой сети при теплоснабжении от ТЭЦ
К.т.н. В.Ф.Гершкович, чл.-корр. Украинской Академии Архитектуры, директор ЧП «Энергоминимум»,
А.К.Литовченко, студентка Киевского политехнического института, г. Киев, Украина
Введение
Существует много вариантов использования тепловых насосов в разных сферах энергопотребления, и основной проблемой во всех этих вариантах остается выбор источника низкотемпературного тепла. В связи с трудностями отбирания энергии от низкотемпературных источников, у некоторых проектировщиков возникают идеи использования теплоты из обратного трубопровода системы централизованного теплоснабжения, которую во многих случаях и отобрать несложно, и температурный потенциал этого источника тепла удобен для использования в тепловом насосе.
Абсурдность такого подхода к выбору источника тепла, казалось бы, очевидна, потому что теплота, отнятая от воды из обратного трубопровода тепловой сети, будет подогрета в котельной теплотой сгорания топлива, а для выработки электрической энергии, используемой для привода компрессора теплового насоса, будет дополнительно сожжено топливо на электростанции. При этом владельцу теплового насоса пришлось бы платить не только за электрическую энергию, но и за тепло, отобранное от воды из обратного трубопровода.
Вместе с тем, при теплоснабжении от ТЭЦ могут возникнуть сомнения относительно абсурдности или эффективности использования теплоты обратной воды, поскольку при понижении температуры конденсации отработанного в энергетической турбине водяного пара будет увеличена выработка электрической энергии. Оценить энергетическую эффективность того или иного технического решения в теплоэнергетике можно, выполнив анализ, целью которого является определение расхода топлива в различных схемах энергообеспечения.
энергообеспечение тепловой насос конденсатор
Сравнение различных схем энергообеспечения от ТЭЦ без использования теплового насоса и при его наличии
Рассмотрим две схемы, которые приведены на рис. 1.
Для упрощения анализа принято, что в обеих схемах использованы турбины с противодавлением, в которых промежуточные отборы пара не используются, а теплота конденсации всего отработавшего в турбине пара передается в систему теплоснабжения. Кроме того, вместо множества тепловых насосов, которые могут быть установлены в зданиях, условно работает один тепловой насос, смонтированный непосредственно на ТЭЦ. Примем также, что в результате применения теплового насоса тепловая мощность системы теплоснабжения не изменилась и осталась равной Q1.
В традиционной схеме А пар высокого давления из котла 1 поступает в турбину 2, соединенную с электрогенератором 3, который выдает мощность N1, используемую потребителем. Часть энергетического пара отбирается из турбины и направляется в конденсатор 4 системы теплоснабжения 5, работающей в переходном режиме с тепловой мощностью Q1 при температурах теплоносителя 70-40 ОС. При этом ТЭЦ потребляет топливо в количестве B1.
В схеме Б система теплоснабжения 5, работающая при традиционных для существующих отопительных систем температурах теплоносителя в переходном режиме 70-40 ОС, дополнительно оборудуется тепловым насосом, включающим в себя компрессор 6 с электродвигателем 7, конденсатор 8 и испаритель 9. При этом оборудование ТЭЦ будет работать с пониженной температурой конденсации энергетического пара, выдавая теплоноситель с температурами 30-10 ОС, который используется в испарителе 9 теплового насоса.
Электрическая мощность N3, используемая компрессором теплового насоса, определяется зависимостью:
N3=Q1/ е, (1)
где е - коэффициент преобразования теплового насоса.
Теоретическое значение е определяется формулой Карно:
е = TК/(TК-TИ),(2)
в которой ТК и ТИ - соответственно температура конденсации и испарения холодильного агента в тепловом насосе.
Если принять соответственно принятым параметрам теплоносителей ТК=273+70=343 К и ТИ=273+10=283 К, то е=343/(343-283)=5,72.
Фактические коэффициенты преобразования тепловых насосов зависят от многих факторов, но они всегда меньше теоретических значений в 1,7-1,9 раза. Для дальнейших расчетов примем е=5,72/1,8=3,2. Подставляя это значение в формулу (1), получим N3=0,312*Q1.
Тепловая нагрузка конденсатора ТЭЦ в схеме Б: Qк=Q1-N3=0,688*Q1.
Для дальнейшего анализа воспользуемся данными [1] о зависимости выработки электроэнергии на тепловом потреблении ТЭЦ от температуры конденсации энергетического пара. Эти данные для турбины, использующей пар с температурой 540 ОС, иллюстрируются графиком, изображенным на рис. 2.
Пользуясь графиком определено, что для условий нашего анализа величина эТ составляет 187 кВтч/ГДж для схемы А и 235 кВтч/ГДж для схемы Б.
При условной тепловой мощности системы теплоснабжения Q1=1 ГДж/ч, электрическая мощность N1=187 кВт, а N2+N3=0,688Qr*235=162 кВт.
По формуле (1) N3=1/3,2=0,312 ГДж/ч или 87 кВт, а, следовательно, N2=162-87=75 кВт Это означает, что потребители электрической энергии, получавшие 187 кВт по схеме А от ТЭЦ, будут получать только 75 кВт, а недостающие ДН=187-75=112 кВт должны вырабатываться на конденсационной электростанции, электроэнергия в которой генерируется по конденсационному циклу.
Расход условного топлива на ТЭЦ, работающей по схеме А:
Ва=В1=bТЭЦ*N1+Q1/(qBзК), кг/ч. (3)
Расход условного топлива на ТЭЦ, работающей по схеме Б:
B2=bТЭЦ*(N2+N3)+Q2/(qBзК), кг/ч. (4)
Расход условного топлива в энергосистеме, включающей в себя ТЭЦ, работающую по схеме Б, и конденсационную электростанцию (КЭС), которая не показана на рис. 1:
BБ=B2+bкэc*ДN, кг/ч.(5)
В этих формулах: bТЭц и bКЭС - величины удельного расхода условного топлива, идущего на выработку электроэнергии на ТЭЦ и КЭС соответственно. Примем [1] эти значения равными соответственно 0,155 и 0,35 кг/кВт.ч; qB - теплотворная способность условного топлива, равная 7000 ккал/кг или 0,029 ГДж/кг; зк - КПД котельной ТЭЦ, принимается равным 0,85; Q2 - тепловая мощность конденсатора ТЭЦ в схеме Б, равная 0,688Q1; ДН - недостающая в схеме Б электрическая мощность, равная 112 кВт.
В результате вычислений по формулам (3-5) получаем:
Ва=В1=0,155.187+1/(0,029.0,85)=69,5 (кг/ч);
B2=0,155.(75+87)+0,688/(0,029.0,85)=53 (кг/ч);
Вб=53+0,35.112=53+39,2=92,2 (кг/ч). Результаты технико-экономических расчетов сведены в таблицу.
Выводы
Энергетическая система с тепловым насосом, использующим теплоту низкотемпературного отбора паровой турбины ТЭЦ, работает с превышением расхода топлива по сравнению с обычной энергетической системой от ТЭЦ. Применение тепловых насосов в любой централизованной системе теплоснабжения, в том числе в системе с ТЭЦ, энергетически неэффективно.
Литература
1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. - М.: Энерго- издат. 1982.
Журнал «Новости теплоснабжения» №01 (125) 2011 г., http://www.ntsn.ru/1_2011.html
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие о тепловом насосе. Принцип действия теплового насоса, цикл Карно. Основные составляющие части внутреннего контура. Основные виды установки. Достоинства и недостатки тепловых насосов, их применение и перспективы использования в городском хозяйстве.
реферат [610,5 K], добавлен 24.12.2013Тепловой расчет здания. Расчет теплопотерь через наружные стенки, окна, полы, расположенные на грунте, и двери. Система теплоснабжения с применением теплового насоса. Выбор источника низкопотенциального тепла. Расчет элементов теплонасосной установки.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 16.10.2011Проектирование системы теплоснабжения с использованием теплового насоса (отопление и горячее водоснабжение). Теплотехнический расчет системы. Расчет системы теплового насоса, теплопередающая поверхность конденсатора и производительность хладагента.
контрольная работа [158,3 K], добавлен 04.03.2012Понятие теплового насоса, классификация. Источники низкопотенциальной тепловой энергии. Область применения насосов, нагнетателей и компрессоров. Решение проблемы теплового перекоса с помощью циркуляционного насоса. Пассивное и активное кондиционирование.
реферат [669,9 K], добавлен 26.12.2011Тепловой насос как компактная отопительная установка, его назначение и принцип действия, сферы и особенности применения. Внутреннее устройство теплового насоса, оценка его главных преимуществ перед традиционными методами получения тепловой энергии.
реферат [83,3 K], добавлен 22.11.2010Расчет расхода тепла на отопление, вентиляцию, горячее водопотребление. Графики часового и годового потребления тепла по периодам и месяцам. Схема теплового узла и присоединения теплопотребителей к теплосети. Тепловой и гидравлический расчет трубопровода.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 25.01.2015Характеристика тепловой нагрузки. Определение расчётной температуры воздуха, расходов теплоты. Гидравлический расчёт тепловой сети. Расчет тепловой изоляции. Расчет и выбор оборудования теплового пункта для одного из зданий. Экономия тепловой энергии.
курсовая работа [134,1 K], добавлен 01.02.2016Определение потребности района в электрической и тепловой энергии и построение суточных графиков нагрузки. Расчет мощности станции, выбор типа и единичной мощности агрегатов. Определение капиталовложений в сооружение электростанции. Затраты на ремонт.
курсовая работа [136,9 K], добавлен 22.01.2014Общее понятие теплофикации и когенерации. Условия эффективности использования газа в процессе теплофикации. Устройство теплофикационного прибора. Возникновение идеи централизованного теплоснабжения. Принцип работы и области применения теплового насоса.
реферат [26,0 K], добавлен 16.09.2010Изучение основных типов тепловых схем котельной, расчет заданного варианта тепловой схемы и отдельных её элементов. Составление теплового баланса котлоагрегата, расчет стоимости годового расхода топлива для различных вариантов компоновки котлоагрегатов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.11.2010Характеристика основного оборудования Ачинской теплоэлектроцентрали и обоснование её реконструкции. Расчет тепловой схемы турбины. Построение процесса расширения пара в турбине. Уравнение теплового баланса. Проверка по балансу мощности турбоагрегата.
курсовая работа [195,0 K], добавлен 19.01.2014Определение мощности электрокалорифера. Осуществление теплового расчета нагревательных элементов. Выбор вентилятора и определение мощности электродвигателя для его привода. Расчет конструктивных параметров нагревательного устройства и сети подключения.
курсовая работа [597,3 K], добавлен 17.01.2012Определение расчетного теплового потока на нужды горячего водоснабжения. Схема присоединения водоподогревательной системы горячего водоснабжения. Тепловой расчет отопительной установки. Подбор повысительного и циркулярного насоса. Гидравлические потери.
контрольная работа [46,4 K], добавлен 03.11.2008Определение теплопродукции и радиационно-конвективной теплопотери. Расчет теплового потока со всей поверхности тела человека. Топография плотности теплового потока при ходьбе человека в состоянии комфорта. Затраты тепла на нагревание вдыхаемого воздуха.
презентация [350,7 K], добавлен 31.10.2013Расчет диаметров всасывающего и нагнетательного трубопроводов насосной станции. Уточнение диаметра труб и скорости движения воды. Построение характеристики сети и нахождение рабочей точки совместной работы насоса и сети. Расчет рабочих параметров насоса.
курсовая работа [612,5 K], добавлен 28.04.2012Определение величин тепловых нагрузок района и годового расхода теплоты. Выбор тепловой мощности источника. Гидравлический расчет тепловой сети, подбор сетевых и подпиточных насосов. Расчет тепловых потерь, паровой сети, компенсаторов и усилий на опоры.
курсовая работа [458,5 K], добавлен 11.07.2012Выбор электродвигателя насоса по мощности и типу. Асинхронные двигатели для привода центробежного насоса для перекачки холодной воды, привода центробежного вентилятора, поршневого компрессора. Выбор теплового реле по номинальному току и пускателя.
практическая работа [244,0 K], добавлен 15.09.2013Определение тепловой мощности системы отопления. Выбор и обоснование схемного решения системы отопления. Выбор компрессора. Компоновка теплонасосной установки. Предохранительный клапан в контуре теплового насоса. Виброизоляция оборудования установки.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 25.12.2015Выбор трассы и способа прокладки тепловой сети. Определение расчетного расхода тепла на отопление и горячее водоснабжение. Расчет количества компенсационных подушек. Построение и проектирование продольного профиля тепловой сети, ее гидравлический расчет.
курсовая работа [643,1 K], добавлен 10.06.2013Определение расчетных расходов тепла и расходов сетевой воды. Гидравлический расчет тепловой сети. Выбор схем присоединения зданий к тепловой сети. Гидравлический расчет паропроводов и конденсатопровода. Построение продольного профиля тепловой сети.
курсовая работа [348,2 K], добавлен 29.03.2012