Гуиди Тоньон Клотильде. Анализ эффективности промышленных аммиачных холодильных систем на основе экспериментального исследования и термодинамического метода

Краткое описание

Гуиди Тоньон Клотильде. Анализ эффективности промышленных аммиачных холодильных систем на основе экспериментального исследования и термодинамического метода : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.03 / Гуиди Тоньон Клотильде; [Место защиты: С.-Петерб. гос. ун-т низкотемператур. и пищевых технологий].- Астрахань, 2010.- 148 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/1832

На правах рукописи
Гуиди Тоньон Клотильде
Анализ эффективности промышленных аммиачных холодильных систем на основе экспериментального исследования и термодинамического метода
Специальность 05.04.03. - Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизщнеобеспечения

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук
Научный руководитель, д-р техн. наук, проф. Галимова JI.B.
Астрахань 2010
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение 4
Глава 1.Современное состояние проблемы применения эксергетического анализа для оценки эффективности технических
систем 8
1 Л.Прменение эксергетического анализа для оценки эффективности
энергетических систем 8
1.2.0собенности и роль эксергетического анализа в проведении
энергосберегающей политики в области холодильной техники 14
1.3.Оптимизация технических систем методами эксергоэкономики 29
1.4. Выводы к главе 1 33
Глава 2. Объекты и методы исследования 34
2.1. Исследуемые холодильные системы 34
2.1.1. Лабораторная экспериментальная аммиачная холодильная установка кафедры холодильных машин Астраханского государственного технического университета 34
2.1.2. Промышленная аммиачная холодильная установка маслосырбазы «Астраханская» 37
2.1.3. Аммиачная холодильная установка льдогенератора портового холодильника Республики Б енин 38
2.2. Методика проведения исследования 42
2.3. Выводы к главе 2 44
Глава 3. Моделирование исследуемых холодильных систем.Создание комплексной программы эксергетического анализа промышленных холодильных систем 46
3.1 .Постановка задачи моделирования 46
3.2 Экспериментальное исследование, разработка и реализация модели экспериментальной холодильной машины.
Численный эксперимент по разработанной программе. Интерфейс программы. Установление адекватности программного кода 47
з
3.3. Комплексная программа эксергетического анализа
промышленных холодильных систем с учётом особенностей их эксплуатации. Численный эксперимент на промышленных холодильных установках 55
3.4. Выводы к главе 3 55
Глава 4. Результаты исследования и их обсуждение 56
4.1.Эксергетические диаграммы потоков и потерь эксергии в экспериментальной лабораторной холодильной машине.
Анализ результатов исследования 56
4.2. Анализ результатов исследования холодильной установки маслосырбазы «Астраханская» 64
4.3. Анализ результатов исследования холодильной установки льдогенератора портового холодильника Республики Бенин 71
4.4. Выводы к главе 4 75
Глава 5. Эксергетический анализ работы промышленных загрязненных теплообменных аппаратов 76
5.1. Особенности работы конденсаторов, охлаждаемых водой 76
5.2. Моделирование работы промышленных загрязнённых
конденсаторов 79
5.3.Особенности работы испарителей и камерных охлаждающих
батарей 85
5.3.1. Испарители для охлаждения рассола 86
5.3.2. Батареи непосредственного охлаждения 87
5.3.3. Испаритель льдогенератора 88
5.4. Батареи рассольного охлаждения 89
5.5. Анализ технического состояния охлаждающих приборов 90
5.6. Выводы к главе 5 91
Заключение 93
Литература 95
Приложения 101
ВВЕДЕНИЕ
Научно обоснованный анализ всей последовательности энергетических превращений в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте и в быту является важным фактором для успешного проведения активной энергосберегающей политики. Базой для такого анализа служит, прежде всего, современная термодинамика [21,17,65,59,3,24].
Существующие методы термодинамического анализа:
основополагающий энтропийный и его модификация - эксергетический позволяют определять теоретические значения энергетических потерь вследствие «производства энтропии» в различных узлах низкотемпературных и высокотемпературных установок [70,6,5]. Как считают авторы статей [8,7,64], сегодня тривиального анализа цикла недостаточно. Решение ищется глубже, с учётом накопленной информации о реальном термодинамическом совершенстве тепло- и хладоэнергетических систем.
Исследуемые холодильные установки имеют многоцелевое назначение. Обоснование выбора метода анализа промышленных холодильных установок проведено на основе изучения существующих методов, частоты и результатов их применения на практике. Изучив конкретные примеры использования термодинамических методов анализа, мы остановились на эксергетическом методе, как более применимом в заданных условиях.
Оценка любых энергетических ресурсов термодинамической системы так же, как и превращений энергии, неизбежно должна проводиться с учетом влияния параметров окружающей среды. Развитие техники потребовало полностью учитывать тот факт, что не всякая энергия и не при всех условиях может быть пригодна для практического использования. Техническая ценность энергии зависит как от её формы и параметров, так и от параметров окружающей среды.
Мерой превратимости, пригодности любого вида энергии может служить механическая или электрическая энергия, так как они в принципе полностью преобразуемы в любой другой вид энергии. Условия такого преобразования определяются вторым началом термодинамики.
В свете изложенного возникает необходимость введения общей меры для ресурсов энергии, способных при взаимодействии с окружающей средой к преобразованию в другие виды энергии.
Мера пригодности энергии системы при обратимом взаимодействии с окружающей средой называется эксергией системы.
Эксергия системы в данном состоянии измеряется количеством механической или другой полностью организованной энергии, которое может быть получено от данной системы в результате ее обратимого перехода из данного состояния в состояние равновесия с окружающей средой.
Из I и II начал термодинамики непосредственно следует, что в каждом данном состоянии эксергия системы так же, как и энергия, имеет определенное фиксированное значение. Основная разница между энергией и эксергией состоит в том, что энергия является общим понятием, отражающим фундаментальные свойства материи, а эксергия - понятием более частным, отражающим свойства энергии (способность к превращениям) в определенных внешних условиях.
Все известные свойства эксергии позволяют сделать следующие выводы о возможностях практического применения эксергии для термодинамического анализа [3, 24].
1. Уменьшение эксергии в необратимых процессах позволяет использовать ее как меру обратимости.
2. Постоянство эксергии в обратимых процессах позволяет создать идеальную модель любого технического процесса, который может служить эталоном для оценки и анализа реальных процессов. В частности, оно позволяет определить минимальный расход работы для осуществления данного процесса. Такой идеальный процесс может в принципе проводиться неограниченным количеством способов, но при соблюдении одного условия - отсутствия потерь эксергии.
3. Величина эксергии может служить для определения осуществимости того или иного процесса в любой технической системе. Если эксергия возрастает (Д Ес < 0), то процесс невозможен без подвода энергии извне; если эксергия уменьшается (Д Ес > 0), то процесс не только принципиально возможен, но система способна в ходе процесса отдавать эксергию, пригодную для получения какого-либо технического эффекта.
Постоянство параметров окружающей среды дает возможность разработать специальный, основанный на строгих термодинамических выводах, аппарат, посредством которого все необходимые расчеты можно проводить наиболее удобными и наглядными аналитическими и графическими способами. Для этого служат эксергетические функции и параметры [40].
Эксергетический способ анализа позволяет исключить использование более громоздкого метода циклов, приводя к тем же результатам более коротким путем.
Однако применение эксергетических методик в практике энергоснабжения и энергоиспользования ещё недостаточно. В настоящее время недостаточно полно проработан аппарат, позволяющий без сложных вычислений получить результат оценки работы технической системы, выводящий на конкретные рекомендации.
Цель и задачи исследования. Целью проводимых исследований является разработка научно-обоснованной методики термодинамической оценки работы одноступенчатых холодильных аммиачных установок различного назначения.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
изучение современного состояния вопроса о применении термодинамического метода анализа для оценки эффективности технических систем;
выбор объектов исследования, описание исследуемых холодильных систем, их назначения и состава;
- экспериментальное исследование, разработка и реализация модели лабораторной экспериментальной холодильной машины кафедры холодильных машин Астраханского государственного техничяеского университета (АГТУ). Численный эксперимент с использованием разработанной программы.
- уточнение модели и программы на основе производственного эксперимента на промышленной холодильной установке;
- приложение разработанной методики к исследованию эффективности работы аммиачной холодильной установки льдогенератора портового холодильника Республики Бенин. Разработка комплексной программы эсергетического анализа холодильных установок различного назначения;
- анализ результатов исследования, выработка предложений по условиям эксплуатации холодильных установок.
Актуальность работы. Создание надёжной, удобной для использования в производственных условиях методики оценки энергоэффективности промышленных холодильных установок является актуальной проблемой холодильной техники. Количественная оценка термодинамических потерь при проведении процессов в элементах и системе в целом, рекомендации по их устранению, способствующие решению задач энергосбережения, определяют актуальность темы исследования.
Научная новизна. Впервые разработаны модель и комплексная программа эксергетического анализа промышленных аммачных холодильных установок различного назначения. Обобщение и анализ результатов исследования позволили заключить, что термодинамический анализ технических систем вносит вклад в решение проблем энергосбережения энергоёмких промышленных предприятий.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обобщение и анализ результатов исследования позволили заключить, что термодинамический анализ технических систем вносит вклад в решение проблем энергосбережения энергоёмких промышленных предприятий.
1. Современное состояние вопроса о проведении термодинамического анализа для оценки эффективности работы промышленных предприятий определило актуальность проблемы и возможность внедрения его в холодильную технику.
2. Разработанная методика определения основных эксергетических показателей работы элементов и в целом холодильных установок различного назначения даёт возможность оценить эффективность их работы и наметить пути устранения недостатков.
3. Разработанная математическая модель даёт возможность анализировать состояние технической системы в любое нужное время и при наличии коммутатора вести оперативный анализ.
4. Выбор режима эксплуатации зависит от внешних условий и стоимостных показателей. Так на маслосырбазе «Астраханская» из-за высокой стоимости городской воды вынужденной оказалась работа с повышенной температурой нагнетания (до160°С), что ведёт к снижаению эксергетических показателей. Рекомендовано предусмотреть параллельную линию водоснабжения для охлаждения компрессоров с подключением её в случае острой необходимости.
5. На холодильной установке льдогенератора портового холодильника Республики Бенин предусмотрена эксплуатация с интесивным охлаждением компрессора при высоком перегреве пара перед компрессором. Это даёт возможность получить пониженную температуру пара перед конденсатором, автоматически защитить компрессор от влажного хода и получить высокие эксергетические показатели работы системы.
6. На величину эксергетической холодопризводительностисистем большое влияние оказывает состояние оборудования и предпрития в целом. Так при плохом состоянии изоляции помещений, аммиачных и рассольных трубопроводов эксергетический КГТД системы непосредственного охлаждения холодильника маслосырбазы составляет 25 %, а системы рассольного охлаждения- 10%.
7. Эксергетические потери в конденсаторах зависят от чистоты теплообменной поверхности.
8. Эксергетические потери в испарителе и камерных охлаждающих приборах позволяют судить о качестве их эксплуатации.
9. По каждому промышленному предприятию результаты анализа обсуждались с администрацией, получены акты внедрения в производство.
ЛИТЕРАТУРА
1. Амерханов Р.А. Эксергетическая оптимизация теплонасосных систем // Энергосбережение и водоподготовка. 2003. №2. С. 65-67.
2. Андреев А.П., Костенко Г.Н. Эксергетическии характеристики эффективности теплообменных аппаратов // Энергетика. 1965. №3. С. 56-
60.
3. Андрющенко А.И. Основы техничекой термодинамики реальных процессов. М.: Высшая школа. 1975. 264 с.
4. Андрющенко А.И., Хлебалин Ю.М. Термодинамическая эффективность теплофикации // Теплоэнергетика. 1987. №4. С.68-72.
5. Архаров А.М., Архаров И.А., Жердев А.А, Суровцев И.Г. О движущей силе низкотемпературной теплоты (холода), или еще раз о предельных значениях коэффициентов взаимного преобразования теплоты и работы (коэффициентах Карно) // Холодильная техника. 2004. №1.
6. Архаров А.М., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Криогенные системы. Т1. Основы теории и расчета. М.: Машиностроение. 1996. 575с.
7. Архаров А.М., Сычев В.В. Еще раз к вопросу о реальных величинах энергетических потерь // Холодильная техника. 2006. №1. С. 26-28.
8. Архаров А.М., Сычев В.Р. Основы энтропийно-статистического анализа реальных энергетических потерь в низкотемпературных и высокотемпературных установках // Холодильная техника. 2005. №12. С. 14-23.
9. Астахов Н.А. Коэффициент использования теплоты топлива // Энергетика. 2004. №3. С. 29-30.
10. Баренбойм А.Б., Степанова Л.А. Определение работы и температуры конца сжатия реального газа // Холодильная техника. 1967. №4. С. 18-21.
Н.Бехрендт Ц. Оценка эксергетических потерь выхлопных газов главных двигателей. Надежность и эффективность техничеких систем. Международный сборник научных трудов. /Калининград: Изд. / КГТУ, 2004. С. 157-164.
12. Берман Л.Д. Испарительное охлаждение циркуляционной воды. М.: Энергия. 1949. 440 с.
13. Бошнякович Ф.Техническая термодинамика. М.: Госэнергоиздат. 1977.210с.
14. Бритина Г.А. и др. Эксергетический анализ агрегатов синтеза аммиака // Химическая промышленность. 1977. №10. С. 42.
15. Бродянский В.М. Применение понятия эксергия в холодильной технике // Холодильная техника. 1961. №5. С. 41-47.
16. Бродянский В.М. Энергетический метод и перспективы его развития // Теплоэнергетика. 1988. №2. С. 14-17.
17. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия. 1973. 248 с.
18. Бродянский В.М., Грачев А.Б., Иванова Г.Н. Обобщенные характеристики некоторых компрессорных установок и их анализ // Холодильная техника. 1987. №7. С.93-97.
19. Бродянский В.М., Синявский Ю.В. Оценка эффективности промышленных компрессорных установок // Промышленная энергетика. 1986. №9. С. 38.
20. Бродянский В.М., Сорин М.В. Принципы определения КПД технических систем преобразования энергии и вещества // Энергетика. 1985. №1. С. 60-65.
21. Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. Пер. с польск. М.: Энерготомиздат, 1988, 287 с.
22. Бродянский В.М.,Калинин Н.В. Эксергия потока вещества при изменении параметров окружающей среды // Инженерно-физический журнал. 1966.том.10.№5.С 596-599.
23. Буров А. А., Ожогин В. А. Приближенный расчет энергии потока продуктов сгорания в котельной установке. Волгоград. Издательство Волгоградского государственного технического университета, 1999.С. 9.
24. Бэр Г.Д. Техническая термодинамика. Пер. с нем. М.: МИР. 1977.
25. Веников В.А. Теория подобия и моделирования применительно к задачам теплоэнергетики .М.: Высшая школа. 1966. 487 с.
26. Виноградская Т.И., Лесников О.М. Оценка технологического уровня и качества насосного оборудования. М.: ВНИИ гидромаш. 1982. С. 143-150.
27. Вульман Ф.А., Хорьков Н.С. Тепловые расчеты на ЭВМ теплоэнергетических установок . М.: Энергия. 1975. 198 с.
28. Гаврилкин В.П., Куранов Е.А. Аналитическое определение параметров влажного воздуха. Вестник АГТУ.2007 г №3.