Термодинамический анализ озонобезопасных низкокипящих рабочих тел для турбодетандерных установок
https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-6-554-562
Аннотация
В статье рассмотрены 46 низкокипящих рабочих тел (НКРТ), имеющих нулевой потенциал разрушения озонового слоя: 14 однокомпонентных гидрофторуглеродных хладагентов, 28 многокомпонентных смесей гидрофторуглеродных хладагентов и четыре природных хладагента. Произведен термодинамический анализ рабочих тел на базе классической турбодетандерной схемы с теплообменным аппаратом, предназначенным для охлаждения перегретого НКРТ, покинувшего турбодетандер. Для данной схемы построен цикл в T–s-координатах. Сравнение НКРТ производилось по эксергетическому коэффициенту полезного действия (КПД). В ходе исследования выявлено, что для некоторых НКРТ последовательность расположения зависимостей эксергетического КПД от температуры при оптимальных с термодинамической точки зрения давлениях рабочих тел сохраняется на всем изучаемом интервале температур (от 100 до 300 оС). Иными словами, если рабочее тело имеет наибольший эксергетический КПД, то это свойство присуще ему при любой температуре в заданном интервале. Анализ НКРТ по эксергетическому КПД предложено проводить по произвольно выбранной температуре (250 оС). Исследование показало, что наибольшим эксергетическим КПД из природных хладагентов обладает R600A (50,25 %), среди однокомпонентных гидрофторуглеродных хладагентов – R245FA (50,00 %), R1233ZD(E) (49,91 %), R236EA (49,59 %), среди многокомпонентных смесей гидрофтор-углеродных хладагентов – R429A (47,92 %), R430A (47,49 %) и R423A (47,47 %). Из всех рассмотренных НКРТ наибольший эксергетический КПД имеют: R600A, R245FA, R1233ZD(E), R236EA, R1234ZE(Z), R236FA. Они принадлежат как к природным хладагентам (углеводороды), так и к однокомпонентным гидрофторуглеродным. Следует отметить, что у каждого из этих рабочих тел есть свои недостатки: одни обладают высоким потенциалом глобального потепления, другие взрывоопасны, третьи имеют высокую стоимость.
Ключевые слова
турбодетандер,
фреон,
хладагент,
вторичные энергетические ресурсы,
тепловые отходы,
термодинамическая эффективность,
эксергетический анализ,
потенциал разрушения озонового слоя,
потенциал глобального потепления,
гидрофторуглероды,
природные хладагенты,
смесевые хладагенты,
однокомпонентные хладагенты,
температура кипения,
низкопотенциальная энергия,
эмиссия парниковых газов,
изменение климата
Об авторах
А. В. Овсянник
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
Беларусь
Беларусь
Адрес для переписки: Овсянник Анатолий Васильевич - Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого, просп. Октября, 48, 246746, г. Гомель, Республика Беларусь. Тел.: +375 232 40-20-36
оvsyannik@tut.by
В. П. Ключинский
Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого
Беларусь
г. Гомель
Беларусь
г. Гомель
Список литературы
1. On the Role of Working Fluid Properties in Organic Rankine Cycle Performance / M. Z. Stijepovic [et al.] // Applied Thermal Engineering. 2012. Vol. 36. P. 406–413. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.10.057.
2. Fluid Selection and Parametric Optimization of Organic Rankine Сycle Using Low Temperature Waste Heat / Z. Q. Wang [et al.] // Energy. 2012. Vol. 40, Is. 1. P. 107–115. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.02.022.
3. Овсянник, А. В. Турбодетандерная установка на диоксиде углерода с производством жидкой и газообразной углекислоты / А. В. Овсянник // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 1. С. 77–87. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-1-77-87.
4. Овсянник, А. В. Определение параметров теплообмена при парообразовании смесевых хладагентов на высокотеплопроводных порошковых спеченных капиллярно-пористых покрытиях / А. В. Овсянник, Е. Н. Макеева // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 1. С. 70–79. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-70-79.
5. Бабакин, Б. С. Альтернативные хладагенты и сервис холодильных систем на их основе / Б. С. Бабакин, В. И. Стефанчук, Е. Е. Ковтунов. М.: Колос, 2000. 160 с.
6. Белов, Г. В. Органический цикл Ренкина и его применение в альтернативной энергетике / Г. В. Белов, М. А. Дорохова // Наука и образование: науч. изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2014. № 2. С. 99–124.
7. Бродянский, В. М. Эксергетический метод термодинамического анализа / В. М. Бродянский. М.: Энергия, 1973. 295 с.
8. Бродянский, В. М. Эксергетический метод и его приложения / В. М Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек; под ред. В. М. Бродянского. М.: Энергоатомиздат, 1988. 288 с.
9. Шаргут, Я. Эксергия / Я. Шаргут, Р. Петела. М.: Энергия, 1968. 280 с.
10. Тригенерация энергии в турбодетандерных установках на диоксиде углерода / А. В. Овсянник [и др.] // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2019. № 2. С. 41–51.
11. Синтетические холодильные агенты, регулируемые Киотским протоколом / О. Б. Цветков [и др.] // Научный журнал НИУ ИТМО. Сер. Холодильная техника и кондиционирование. 2015. № 4. С. 1–8.
12. Озонобезопасные хладагенты / О. Б. Цветков [и др.] // Научный журнал НИУ ИТМО. Сер. Холодильная техника и кондиционирование. 2014. № 3. С. 98–111.
Рецензия
Для цитирования:
Овсянник А.В., Ключинский В.П. Термодинамический анализ озонобезопасных низкокипящих рабочих тел для турбодетандерных установок. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2020;63(6):554-562. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-6-554-562
For citation:
Ovsyannik A.V., Kliuchinski V.P. Thermodynamic Analysis of Ozone-Safe Low Boiling Working Media for Turbo-Expander Plants. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2020;63(6):554-562. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-6-554-562
Просмотров: 7906
Послать статью по эл. почте 