2.7. Детандерный криогенный цикл двух давлений
Для увеличения выхода жидких продуктов Х и увеличения холодопроизводительности в последнее время ряд ведущих криогенных фирм выпускают воздухоразделительные установки двух давлений, состоящих из двух, с одной стороны, независимых, а с другой, - связанных между собой передачей тепла – холода двух контуров.
На рис. 2.6 изображен такой криогенный детандерный цикл двух давлений.
Первый
контур I
технологический низкого давления, в
котором воздух сжимается в турбокомпрессоре
до давления
= 0,6 МПа. Он полностью аналогичен
криогенному детандерному циклу низкого
давления П.Л. Капицы. Воздух в этом
контуре после изотермического сжатия
в турбокомпрессоре
и охлаждения в промежуточных и конечном
холодильнике (КХ), предварительного
охлаждения в теплообменнике П.Т/О,
очистки и осушки от влаги и углекислоты
и примесей углеводородов в БОО. Далее
воздух после дополнительного охлаждения
в основном теплообменнике (О.Т/О)
разделяется на два потока. Часть его в
количестве
адиабатно расширяется в турбодетандере,
а другая часть (1-
)
– расширяется в дросселе Др и поступает
на разделение в ректификационные
колонны, условно которые представляет
сосуд-емкость С со сжиженным газом.
Другой
циркуляционный контур II
предназначен только для производства
дополнительной холодопроизводительности
и увеличения доли сжиженного газа Х в
первом технологическом контуре. В
качестве рабочего тела во втором контуре
может быть как чистый воздух, так и
чистый азот.
Для
увеличения холодопроизводительности
давление в циркуляционном холодопроизводящем
контуре II
после турбокомпрессора
,
который может быть и как дожимающий,
находятся на уровне
= 3-4 МПа. Весь холод вырабатываемый в
этом контуре, в теплообменниках П.Т/О,
О.Т/О и Д.Т/О передается первому контуру
для охлаждения и частичного сжижения
сжатого воздуха. Доля выхода сжиженного
продукта Х в такой установке может быть
равной Х =0,2 и выше от основного потока
воздуха в технологическом контуре. В
некоторых ВРУ для увеличения
холодопроизводительности и доли выхода
Х в циркуляционном контуре после
предварительного теплообменника
дополнительно устанавливают внешний
источник холода, типа холодильной
машины.
|
Рис. 2.6. Криогенный детандерный цикл двух давлений
|
По такому криогенному циклу двух давлений в ОАО «Криогенмаш» разработана специализированная, высокоэффективная жидкостная ВРУ КжАжАрж-1,5/1,5 - производительностью около 3 000 кг/ч жидких продуктов (1500 кг/ч – жидкого кислорода; 1500 кг/ч – жидкого азота, 70 кг/ч – жидкого аргона). Эксергетический КПД такой установки достаточно высок и составляет 26-31 %. Удельные расходы энергии на единицу продукции относительно невелики, но технологическая схема установки значительно усложнена: два турбокомпрессора, два турбодетандера, увеличена поверхность теплообмена.
Затраты энергии в этой установке, если расход воздуха в технологическом контуре принять за единицу, равны
|
(2.80) |
где
- расход
газа в циркуляционном контуре;
-
затраты энергии в компрессоре
;
-
затраты энергии в компрессоре
;
-
работа, производимая в детандере
;
-
работа, производимая в детандере
.
Долю сжиженного продукта Х определим из теплового баланса, составленного относительно балансового контура А:
|
(2.81) |
,
где - изотермический дроссель-эффект в технологическом контуре;
-
холодопроизводительность турбодетандера
в технологическом контуре;
-
изотермический дроссель-эффект в
циркуляционном контуре;
-
холодопроизводительность турбодетандера
в циркуляционном контуре;
- потери холода от теплопритоков из
окружающей среды;
=
3 – 12 кВт/кг п.в.;
-
потери холода от адсорбции газа в блоке
очистки и осушки;
- потери холода от недорекуперации
обратного потока газа.
Эксергетический КПД установки в ожижительном режиме:
|
(2.82) |
