Во многих отраслях (химия, нефтехимия, нефтепереработка и др.) имеются излишки технологического тепла, которые в конечном счете идут на рассеивание в окружающем пространстве (нагрев воды с подачей ее на градирни). В качестве примера приведем стриппинг-технологию получения раствора карбамида при высоком давлении (150-200 атм). При этом в конденсаторе высокого давления выделяется большое количество тепла, которое снимается встроенным парогенератором низкого давления (3,5-4,5 ата). Часть получаемого насыщенного пара с температурой 140-1500 С может быть использована в последующих ступенях выделения и очистки карбамида, но остаточное количество тепла тем не менее еще очень велико (до 600 кДж/кг карбамида). Имеются предложения по использованию получаемого потока пара низкого давления для привода компрессоров, задействованных в той же технологии. Однако такой способ требует значительного (до 3500) перегрева пара низкого давления и использование достаточно больших и дорогостоящих конденсационных турбин с соответствующей обвязкой (системы вакуумирования, конденсации и др.). Ниже предлагается способ утилизации получаемого пара без его перегрева.
Способ основан на использовании замкнутого регенеративного цикла с рабочим телом (газом-флюидом), находящимся при сверхкритическом давлении. Близкий способ предлагался для генерации энергии от высокотемпературного газового котла, но он не нашел применения в связи с необходимостью создания регенеративного теплообменника с эффективностью близкой к 1, тепловая мощность которого на порядок превосходит мощность нагрева в котле. Основным преимуществом такого способа является малогабаритная турбина и отсутствие компрессора, который при правильно выбранных параметрах заменяется на маломощный насос.
Наше предложение сводится к применению подобной установки, но вместо высокотемпературного котла источником энергии нагрева рабочего тела цикла является паровой нагреватель с температурой ~1450 С. Исследованные рабочие тела позволяют при такой сравнительно низкой температуре получать на валу турбины мощность с КПД 28-29% от тепловой мощности, передаваемой от пара к рабочему газу цикла. В отличие от упомянутой выше модификации с высокотемпературным котлом, в нашем случае низкотемпературного нагрева мощность регенеративного теплообменника значительно меньше мощности парового нагревателя, который в нашем случае является основным источником тепловой энергии. Кроме этого необходим промежуточный нагреватель рабочего газа от горячей воды до 80-850 С. В отличие от варианта с конденсационной турбиной не нужен пар высокого давления для перегрева до 3500 С, максимальная температура цикла остается 1450 С. Габариты установки значительно меньше, чем в случае конденсационной турбоустановки.
При наличии больших потоков низкопотенциального тепла (95<T<1350С) можно его использовать для получения дополнительной механической и электрической энергии в системе с газовым котлом и замкнутой регенеративной сверхкритической газотурбинной установкой. В отличие от ранних предложений таких установок мы дополнительно применяем низкопотенциальный подогрев рабочего тела, что позволяет повысить КПД установки до 65-70% по отношению к высокопотенциальному теплу в котле. Особенностью нашей схемы является применение контактного регенеративного теплообменника, что позволяет уменьшить его габариты более, чем на порядок по сравнению с распространенными типами теплообменников косвенного нагрева (через стенку).

Кирилл
8-916-414-33-21
yuri.tynnikov@gmail.com