Перспективы использования низкопотенциальных источников энергии в системах опреснения на базе газоконтактных установок
М.В. Козлова, А.В. Банников, В.В. Смирнов, Р.Д. Семяшкин
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 6, сс. 17—27
Скачать PDF
Состояние вопроса. Низкопотенциальные вторичные энергетические ресурсы, к которым относятся жидкости с температурой менее 150 °С и газы с температурой ниже 300 °С, составляют большую часть всех видов тепловых вторичных энергетических ресурсов. Использование вторичных энергетических ресурсов в различных процессах позволяет снизить потребление органического топлива и, как следствие, количество выбросов, поступающих в атмосферу и оказывающих негативное воздействие на окружающую среду. Поскольку в термических опреснительных установках около 40–50 % от стоимости обессоленной воды составляют затраты на тепловую энергию, то для ее снижения целесообразно использование низкопотенциальных источников энергии. Актуальным является использование низкопотенциальных источников энергии в газоконтактных опреснительных установках, поскольку процесс испарения воды в них может осуществляться при температурах ниже температуры насыщения. Кроме этого, в установках данного типа возможна непосредственная утилизация газообразных вторичных энергетических ресурсов, например продуктов сгорания, использование которых позволяет не только получать пресную воду, пригодную для технических нужд, но и осуществлять очистку дымовых газов. В зависимости от требований, предъявляемых к опресняемой воде, а также параметров и вида теплоносителей может быть предложено несколько вариантов утилизации вторичных энергетических ресурсов.
Материалы и методы. Исследование проведено с использованием метода балансовых расчетов процессов теплообмена в технологических энергоустановках.
Результаты. В зависимости от вида и параметров низкопотенциальных источников энергии предложено несколько схем утилизации низкопотенциальных вторичных энергетических ресурсов в системах обессоливания, основанных на газоконтактных опреснительных установках. Выполнена оценка эффективности интеграции трансформаторов теплоты в тепловые схемы газоконтактных опреснительных установок для утилизации вторичных энергетических ресурсов с температурой менее 80 °С для различных рабочих тел: R600, R600a, R1234ze(Z), R142b, R717, R245fa, R134a. Для наиболее эффективных рабочих тел построены номограммы, позволяющие в зависимости от температуры вторичных энергетических ресурсов определить затраты энергии на привод компрессора, а также количество энергии, отбираемое от вторичных энергетических ресурсов. Определено требуемое количество дымовых газов для получения 1 м3 пресной воды в паровоздушных опреснительных установках в зависимости от параметров дымовых газов и условий работы.
Выводы. Установлено, что при утилизации продуктов сгорания в поверхностных теплообменниках паровоздушных опреснителей для получения 1 м3 пресной воды требуется от 1,96 до 18,47 тысяч килограмм уходящих газов в зависимости от их параметров и режима работы установки; при утилизации вторичных энергетических ресурсов с использованием трансформаторов теплоты наиболее эффективным и экологичным является использование рабочих агентов R1234ze(Z), R245fa и аммиака; утилизация низкопотенциальных источников энергии с использованием трансформаторов теплоты при температурах теплоносителя менее 24 °С является нецелесообразной.
1. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник / А.Б. Гаряев, И.В. Яковлев, А.В. Клименко и др. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: НИУ МЭИ, 2021. – 504 с.
2. Слесаренко В.Н. Современные методы опреснения морских и соленых вод. – М.: Энергия, 1973. – 248 с.
3. Дыхно А.Ю. Использование морской воды на тепловых электростанциях. – М.: Энергия, 1974. – 269 с.
4. Ковалев О.П. Тепломассообмен в контактных пленочных аппаратах судовой утилизационной опреснительной установки на дымовых газах (разработка методики теплового расчета): дис. … канд. техн. наук: 05.08.05. – Владивосток, 1984. – 171 c.
5. Разработка тепловой схемы газоконтактной опреснительной установки и анализ условий ее применения / В.М. Лапшова, М.В. Козлова, А.В. Банников и др. // Вестник ИГЭУ. – 2024. – Вып. 6. – С. 5–14.
6. Слесаренко В.Н. Дистилляционные опреснительные установки. – М.: Энергия, 1980. – 248 с.
7. Бирюков А.Б., Лебедев А.Н., Каминский К.Д. Методика определения температуры точки росы продуктов сгорания природного газа // Вестник ИГЭУ. – 2023. – Вып. 6. – С. 43–49.
8. Николаева Н.А. Определение потенциала энергосбережения вторичных энергоресурсов // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2014. – № 12-1. – С. 69–72.
9. Пат. № 2841750 C1 Российская Федерация, МПК C02F 1/02, C02F 1/16. Газоконтактная опреснительная установка: заявл. 08.10.2024: опубл. 17.06.2025 / М.В. Козлова, А.В. Банников, В.М. Лапшова; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина».
10. Современные методы опреснения воды / М.В. Колодин, А.Ю. Дыхно, А. Гельдыев, Е.М. Рутгайзер; под науч. ред. д-ра техн. наук проф. В.А. Клячко; АН Туркм. ССР. Ин-т пустынь. – Ашхабад: Ылым, 1967. – 181 с.
11. Прохоров В.И. I-d-диаграммы влажного воздуха для переменных давлений. – М.: Книга, 1973. – 30 с.
12. Соколов Е.Я., Бродянский В.М. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения. – М.: Энергия, 1968. – 336 с.
13. Козлова М.В., Банников А.В., Банникова С.А. Исследование работы термической опреснительной установки с контактным испарителем и компрессией паровоздушной смеси // Вестник ИГЭУ. – 2024. – Вып. 5. – С. 21–30.
14. Коршунова Т.Е., Колесов В.А. Исследование экологической безопасности, эффективности и развития хладагентов судового холодильного оборудования рыбной отрасли России в рамках международных протоколов // Научные труды Дальрыбвтуза. – 2024. – Т. 70, № 4. – С. 204–213.