Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Кафедра энергетики и технологии металлов»

Контрольная работа

Дисциплина

«Энергосберегающие технологии»

Тема: «Вторичные энергоресурсы и их утилизация с помощью тепловых насосов. Принцип действия тепловых насосов»

Вариант №25

ВЫПОЛНИЛ: Студент группы ТСз-50615в Мурашов И.А.

ПРОВЕРИЛ: Преподаватель, доцент, к. т. н. Нечеухина Ж.В.

Курган 2019

Содержание

1. Вторичные энергоресурсы

2. Утилизация вторичных ресурсов с помощью тепловых насосов

3. Принцип действия тепловых насосов

Вывод

Список использованных источников

1. Вторичные энергоресурсы

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) - энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов.

Рациональное использование вторичных энергетических ресурсов является одним из крупнейших резервов экономии топлива, способствующим снижению топливо- и энергоемкости промышленной продукции. ВЭР могут использоваться непосредственно без изменения вида энергоносителя для удовлетворения потребности в топливе и теплоте или с изменением энергоносителя путем выработки теплоты, электроэнергии, холода или механической работы в утилизационных установках.

По виду энергии ВЭР разделяются на 3 группы:

· Горючие (или топливные) ВЭР (отходы, содержащие углеродные и углеводородные включения: доменный газ, городской мусор, органические отработанные растворители и т.д.);

· Тепловой ВЭР (любые теплоносители, имеющие температуру выше температуры окружающей среды, способные передать тепло для последующего использования: горячие газы и жидкости, являющиеся промежуточными или сбросными в данном технологическом процессе);

· ВЭР избыточного давления (газы и жидкости под давлением, которое можно использовать перед сбросом в окружающую среду).

Энергетический потенциал ВЭР реализуется в утилизационных установках (котлы-утилизаторы, теплообменники, печи, турбины и т.д.).

Использование вторичных энергетических ресурсов.

Наибольшими тепловыми вторичными энергетическими ресурсами располагают предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической промышленности, промышленностью строительных материалов, газовой промышленностью, тяжелого машиностроения и некоторых других отраслей народного хозяйства. В этих отраслях широко используется теплота высокого, среднего и низкого потенциалов.

В зависимости от видов и параметров рабочих тел различают четыре основных направления использования ВЭР:

· топливное (непосредственное использование горючих компонентов в качестве топлива);

· тепловое (использование теплоты, получаемой непосредственно в качестве вторичных энергетических ресурсов, или теплоты или холода, вырабатываемых за счет вторичных энергетических ресурсов в утилизационных установках или в абсорбционных холодильных установках;

· силовое (использование механической или электрической энергии, вырабатываемой в утилизационных установках (станциях);

· комбинированное (использование теплоты, электрической или механической энергии, одновременно вырабатываемых за счет ВЭР).

Современный этап развития техники характеризуется разработкой и широким использованием достаточно надежных типов оборудования для утилизации тепловых ВЭР. При создании такой техники возникают объективные трудности, связанные в основном с различными ограничениями в транспортировке теплоты, выработанной за счет средне- и низкопотенциальных ВЭР, и необходимостью ее использования вблизи мест образования тепловых отходов. В то же время промышленные отходы в виде средне- и низкопотенциальных ВЭР поистине огромны (сбросная горячая вода, нагретые продуктовые потоки, уходящие газы средней температуры, вторичный и отработанный пар, конденсат и т.д.).

2. Утилизация вторичных ресурсов с помощью тепловых насосов

Как показывает отечественная и мировая практика, наиболее полное и экономически эффективное использование средне- и низкопотенциальных ВЭР промышленного производства осуществимо в первую очередь с помощью тепловых насосов, термокомпрессоров и трансформаторов теплоты.

Применение теплонасосных установок и трансформаторов для утилизации тепловых ВЭР и других местных низкотемпературных источников теплоты позволяет на 20...60 %снизить расходы топлива. Надо иметь в виду, что за рубежом в настоящее время уже работает несколько миллионов теплонасосных отопительных систем. Эти системы используют не только тепловые отходы производства, но и теплоту окружающего воздуха, грунта, воды рек, озер и других водоемов, сточных вод и коммунальных стоков и др. Теплонасосные установки и термо-трансформаторы за счет использования теплоты низкопотенциальных источников могут снабжать теплотой нужного потенциала и такие производственно-технологические агрегаты, как моечные машины, сушильные установки, выварочные ванны, устройства для подогрева и регенерации масел, системы очистки, обмывки и сушки подвижного состава на транспорте, системы разогрева смерзшихся грузов и удаления их остатков из вагонов и цистерн и др. Следовательно, теплонасосные установки, или термотрансформаторы, могут заменить такие традиционно используемые генераторы среднепотенциальной теплоты, как малоэкономичные паровые или водогрейные котлы, а также бойлерные или калориферные системы, питающиеся от местных либо центральных котельных.

Тепловые насосы, работающие на низко- и среднепотенциальных тепловых ВЭР, применяются также для выработки холода, который необходим как в нефтеперерабатывающей промышленности, в химических и нефтехимических производствах, так и для кондиционирования воздуха в промышленных и жилых помещениях в летний период.

Рис.1 Комбинированная схема использования тепловых ВЭР производства для выработки холода:

1 - тепловой насос;2 - холодильная машина.

Наиболее распространенными являются варианты выработки энергии (тепловой или электрической) за счет ВЭР в тепловом насосе или трансформаторе с дальнейшим использованием ее в холодильной установке (рис.1).

В целом следует отметить, что для установок утилизации тепловых ВЭР характерно энергокомбинирование, т.е. комплексность в решении проблемы использования различных источников теплоты.

Низкопотенциальные тепловые отходы (отработанный и вторичный пар, теплый влажный воздух, конденсат и другие виды ВЭР) удобнее и экономичнее улавливать и преобразовывать с помощью термохимических трансформаторов. Самый общедоступный источник низкопотенциальной теплоты -- окружающая среда, атмосферный воздух, естественные водоемы, геотермальные воды и т.п. Кроме того, огромный резерв теплоты одержит оборотная и повторно используемая вода систем охлаждения машин и рабочих тел в различных технологических процессах. Такая вода имеет температуру 20..40°С. что не позволяет использовать ее теплоту непосредственно, Выделение же ее в атмосферу (в масштабах страны до 4млрд ГДж в год) наносит природе большой урон из-за теплового загрязнения биосферы. Таким образом, утилизация таких источников теплоты низкого потенциала -вопрос не только экономии первичных источников энергии (топлива), но и решение задачи охраны окружающей среды. Решение таких вопросов станет возможным в результате замены градирен и других охладителей оборотной воды испарителями тепловых насосов и термотрансформаторов. В этом и состоит наиболее рациональное использование тепловых отходов для удовлетворения потребностей в энергии при сокращении расхода топлива на цели теплофикации. Следует лишь провести тщательное технико-экономическое обоснование выбора схемы теплоснабжения с учетом конкретных источников теплоты, имеющихся в наличии у потребителей, а также сделать обоснованный выбор теллонасосной установки параметров (за счет тепловых ВЭР вместо дополнительных котельных на первичной энергии) сводится к определению дополнительных капитальных затрат и ежегодных расходов на проектируемую ТЭЦ с котлами-утилизаторами, используемыми для теплоснабжения, и сравнению их с такими же затратами, но при установке дополнительно тепловых насосов для комбинированного энергопроизводства. Это значит, что применение тепловых насосов окажется рациональным.

3. Принцип действия тепловых насосов

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным. Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается. Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства - тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Как работает тепловой насос?

Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает. Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом. По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние. Точка кипения, как известно из физики, может меняться в зависимости от давления, вот зачем нужны в этой системе расширитель и компрессор.

Рис.2 Принцип действия теплового насоса.

Предположим, что снаружи теплоноситель циркулирует по трубам, уложенным в земле, поскольку он имеет низкую температуру, то проходя по ним, он нагревается, даже когда внешняя температура составляет всего около 4-5оС. Поступая в испаритель, который выполняет функцию теплообменника, теплоноситель отдает полученное тепло во внутренний контур системы, который заполнен хладагентом. Даже этого тепла достаточно, чтобы хладагент перешел из жидкого в газообразное состояние.

Двигаясь дальше, газ перемещается в компрессор, где под действием высокого давления сжимается, а его температура при этом повышается. Став горячим, газ поступает в конденсатор, который также является теплообменником. В нем происходит передача тепла от горячего газа к теплоносителю обратного трубопровода, входящего в отопительную систему дома. Отдав тепло, газ охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время, как нагретый теплоноситель поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Проходя через редукционный клапан расширителя, сжиженный газ снова попадает в испаритель - цикл замыкается.

Преимущества использования тепловых насосов

Экономическая выгода от использования тепловых насосов очевидна - их эксплуатация достаточно дешево обходится, поскольку электроэнергии тратится чуть больше, чем при работе холодильника. Цена оборудования также невысока, так же, как и стоимость монтажа и установки. Использование теплового насоса, позволяет избавиться от забот о приобретении и хранении топливных ресурсов, установке и эксплуатации отопительного оборудования, у вас в доме освобождаются дополнительные помещения, в которых раньше располагалась котельная.

Вывод

Следует отметить, что уровень внедрения теплонасосных установок в республике еще невелик. Низкопотенциальные ВЭР либо используются очень мало, либо вовсе не находят еще должного применения. Между тем такие тепловые отходы образуются практически во всех отраслях промышленности, на всех предприятиях. Только использование теплоты охлаждающей воды позволит в масштабах страны ежегодно экономить до 50млн.т. топлива (условного). Это в 2,5раза превышает экономию, достигаемую от комбинированной выработки энергии на ТЭЦ, и в 5раз --экономию за счет различных усовершенствований в области производства электроэнергии.

Следовательно, для этого необходимо определить зоны концентрации тепловых выбросов предприятий, провести качественный анализ состава ВЭР и разработать карту тепловых выбросов. Все это позволит не только правильно оценить эффективность использования тепловой энергии потребителями, но и подобрать наиболее рациональную схему возвращения ВЭР в цикл полезного использования.

Список использованных источников

1. https://www.kakprosto.ru/kak-805177-principy-raboty-teplovogo-nasosa

2. https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16630

3. Аратюнян А.В. Основы энергосбережения. - М.: ОАО «Энерго-сбережение», 2007. - 600 с

Размещено на Allbest.ru