1.7. Пароэжекторные трансформаторы теплоты.

Такие машины так же, как и абсорбционные, относятся к группе теплоиспользующих. Энергетические характеристики пароэжекторных трансформаторов теплоты (ПЭТТ) значительно ниже, чем у парокомпрессионных, поэтому они используются редко и лишь потому, что отсутствие подвижных механизмов увеличивает надёжность работы. Применение нашли только ПЭТТ, использующие в качестве рабочего тела воду (водяной пар).

Собственно, парогенератор и эжектор в ПЭТТ заменяют паровой компрессор парокомпрессионной машины. Эффективность такой замены весьма низкая, так как пароструйные нагнетатели имеют очень низкий КПД. Схема ПЭТТ приведена на рис. 26.

Принцип работы ПЭТТ следующий. В парогенераторе ПГ за счёт подвода теплоты – Q_г образуется пар высокого давления, энергия которого срабатывается в сопле эжектора Эж, где возрастает скорость потока и снижается давление (по закону Бернулли), за счёт чего подсасывается пар из испарителя И. В диффузоре эжектора давление повышается за счёт перехода кинетической энергии потока пара в потенциальную. Далее пар поступает в конденсатор, где конденсируется. Затем конденсат разделяется на два потока: больший насосом Н подаётся в парогенератор, а меньший в испаритель, где испаряется отводя теплоту от охлаждаемого объекта (хладоносителя).

Рис. 26. Принципиальная схема пароэжекторного трансформатора теплоты:

ПГ – парогенератор; Эж – эжектор; Н – насос; К – конденсатор;

Др - регулирующий клапан; И – испаритель

Термодинамический цикл такого трансформатора теплоты в Т–S диаграмме показан на рис. 27.

Рис. 27. Термодинамический цикл пароэжекторного трансформатора теплоты в Т-S диаграмме.

Точки цикла соответствуют точкам на схеме. Цикл состоит из следующих процессов:

• 1-2 расширение основного потока в сопле эжектора;

• 2-4-3 смешение основного потока пара и пара, поступающего из испарителя;

• 4-5 повышение давления суммарного потока в диффузоре эжектора;

• 5-6 конденсация общего потока пара;

• 6-7 повышение давления в насосе для потока, направляемого в парогенератор;

• 7-8-1 процесс нагрева воды и парообразования в парогенераторе;

• 6-9 дросселирование потока конденсата, направляемого в испаритель;

• 9-3 кипение в испарителе.

Эффективность ПЭТТ определяется отношением холодопроизводительности – q_o испарителя к теплопроизводительности парогенератора q_г:

,

где q_o = h₃ – h₉ - холодопроизводительность испарителя; q_г = (h₁ – h₇) - теплопроизводительность парогенератора;  - расход пара ПГ, приходящийся на 1кг пара рабочего потока.

Теплопроизводительность конденсатора определяется по формуле:

Q_к = (h₅ – h₆)(1+).

Должен соблюдаться тепловой баланс установки:

q_к = q_а + q_г ,

из которого определяется величина .

Контрольные вопросы по теме

1. Принцип работы трансформатора теплоты. Холодильный коэффициент и коэффициент трансформации теплоты. Коэффициент использования первичной энергии.

2. Эксергия теплоты. Эксергетический КПД трансформаторов теплоты. Сравнение эксергетических КПД систем теплоснабжения от ТНУ и котельной.

3. Классификация трансформаторов теплоты.

4. Схема и расчёт термодинамического цикла газового трансформатора теплоты.

5. Рабочие тела трансформаторов теплоты, их свойства и области применения.

6. Методика расчета термодинамического цикла реальной парокомпрессионной холодильной установки.

7. Схемы и термодинамические циклы парокомпрессионных установок для трансформации теплоты.

8. Определение теоретической и действительной подачи поршневого компрессора.

9. Расчёт энергетических характеристик трансформаторов теплоты.

10. Определение характеристик и параметров цикла реального газового трансформатора теплоты с учётом КПД компрессора и турбодетандера.

11. Использование уравнений состояния рабочих тел для расчёта их свойств.

12. Особенности расчёта трансформаторов теплоты на диоксиде углерода.

13. Схема и диаграмма идеального абсорбционного трансформатора теплоты.

14. Схема и диаграмма пароэжекторного трансформатора теплоты.

15. От каких параметров и характеристик зависит холодильный коэффициент реальной воздушной холодильной установки.

16. Сравните с идеальной и эквивалентным циклом Карно.

17. От каких параметров и характеристик зависит холодильный коэффициент реальной парокомпрессионной холодильной установки. Сравните с идеальной.

18. Как влияет температура рабочего тела перед дросселем парокомпрессионного трансформатора теплоты на холодопроизводительность, теплопроизводительность и коэффициент трансформации.

19. Методика расчёта сверхкритического цикла на диоксиде углерода.

20. Расчёт свойств рабочего тела в реперных точках цикла

2. Роль трансформаторов теплоты в энергетике и экологии

2.1. Влияние энергетики на окружающую среду.

Мировая энергетика является основным потребителем органического топлива (около 60%) остальное топливо расходуется на обеспечение технологических процессов производства и транспорт. Энергетика состоит из двух систем: электроэнергетики и теплоэнергетики, каждая из которых производит энергию за счёт сжигания органического топлива в топках котлов энергетических установок, ежегодно выбрасывающих в атмосферу миллиарды тонн углекислого газа – одного из главных компонентов, вызавающих парниковый эффект.

В докладе всемирной метеорологической организации (ВМО) отмечается, что в течение нескольких тысячелетий (до 1850-х г.г.) объем углекислого газа в атмосфере Земли был относительно стабилен и составлял около 280 ppm, после чего начался постепенный рост его концентрации. По разным данным глобальное потепление климата, вызванное парниковым эффектом, к 2000г достигло 0,6 °C, а в настоящее время эта величина составляет 0,8 ^оС. Причем, скорость потепления резко возросла за последние 30 лет, что связанно, в основном, с антропогенными факторами: увеличением добычи и сжигания органического топлива, вырубкой лесных массивов, лесными пожарами, урбанизацией и другими. Кроме того, потепление климата приводит к оттаиванию вечной мерзлоты в местах залегания природного газа и выбросам метана в атмосферу, который также создает парниковый эффект. В докладе отмечено, что потепление климата на 2°С, приведет к массовому вымиранию видов и глобальным катастрофам.

Зная годовую добычу органического топлива на планете и полагая, что все добываемое топливо сжигается, нетрудно рассчитать ежегодное поступление CO₂ в атмосферу Земли.

В таблице 2.1 приведены результаты расчетов, которые показывают динамику мировой добычи органического топлива и выход углекислого газа в атмосферу, вызванный сжиганием топлива.

Динамика мировой добычи органического топлива и выход углекислого газа в атмосферу.

Таблица 2.1.

Величина	Размерн.	Годы
		1950	1960	1970	1980	1990	2003
Мировая добыча топл.	млрд тут/год	2,6	5,4	7,4	9,3	11,4	16
Уголь.	млрд т/год	1,4	2,0	2,1	2,7	3,5	4,2
Нефть	млрд т/год	0,5	1,1	2,3	3	3,1	3,7
Природный газ.	трлн м3/год	0,2	0,4	1	1,5	2,1	2,6
Выход СО2 от угля	млрд т/год	2,4	3,4	3,6	4,6	6,0	7,2
Выход СО2 от нефти	млрд т/год	1,2	2,6	5,5	7,2	7,4	8,9
Выход СО2 от газа	млрд т/год	0,4	0,8	2	3	4,2	5,2
Всего СО2	млрд т/год	4,0	6,9	11,1	14,8	17,6	21,3

На рис. 28 приведены данные по росту концентрации СО₂ в атмосфере, которая уже в 1950 г. составляла около 312 ррm (частей СО₂ на миллион частей воздуха) и в настоящее время достигло 380 ррm (по сравнению с 280 ppm доиндустриальной эпохи).

Рис. 28. Рост концентрации диоксида углерода в атмосфере

Как отмечается в книге бывшего вице-президента США лауреата Нобелевской премии 2007г. Альберта Гора «Неудобная правда. Глобальное потепление: как остановить глобальную катастрофу» (2007г), ни разу за все 650 тысяч лет содержание СО₂ в атмосфере не превышало 300 ppm. Еще более значительным является рост других парниковых газов – метана и закиси азота

Другим важным показателем является рост среднепланетарной температуры – интегрального показателя нарушения природной устойчивости биосферы. Динамика прироста этой температуры относительно средней величины до начала глобального потепления показана на рис. 29.

Рис. 29. Изменение среднегодовой температуры воздуха в приповерхностном слое атмосферы

Из графика видно, что с 1920 г. начинается устойчивый рост среднегодовой температуры нижнего слоя атмосферы. Повышение температуры за минувшие 30 лет составило около 0,6 ^оС, что по темпам роста на порядок превышает предыдущий рост и означает выход процесса климатических изменений на начальный участок экспоненты. Общий прирост температуры составляет около 0,8 ^оС и все изменения климата, которые наблюдаются сегодня, есть результат данной, казалось бы, незначительной величины.

Согласно оценкам Мировой комиссии по глобальному изменению климата дальнейшее повышение среднепланетарной температуры на 1 ^оС, которое может произойти за период от 10 до 20 лет, приведет к включению природного «спускового механизма», делающего процесс экологической катастрофы неизбежным

Учитывая, что рост температуры на 0,6 ^оС произошел всего лишь за 30 прошлых лет, ее нарастающий характер, вызванный в том числе, и подключением новых источников эмиссии СО₂ стран-гигантов Китая, Индии и других государств, такое повышение температуры представляется вполне реальным.