Большинство применяемых технологических процессов отличается достаточно низкой эффективностью, например, при производстве титана из руды, асфальтобетонной смеси и цемента эксергетический КПД не превышает, по данным В.Н. Романюка, соответственно 2,5; 8,0 и 14,0 %. Существенно повысить эффективность топливоиспользования при производстве некоторых важнейших технологических продуктов (ТП) можно путем организации комбинированного их производства. Классическим примером такого производства является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии на ТЭЦ.
Развитие данного вопроса нашло свое отражение в наших исследованиях по разработке комбинированных энергетических установок нового поколения, поименованных авторами как ЭТУ. Принципиальная схема простейшей из этого семейства — ЭТУ-1 представлена на рисунке.
Принципиальная схема энерготехнологической установки ЭТУ-1:
РМ — расширительная машина;
Р — регенератор;
К — компрессор;
ОВ — охладитель воздуха;
ТМ — тепловая машина;
ОГ — охладитель газов;
КС — камера сгорания;
ТУ — теплофикационная установка;
Тн — теплоноситель;
Т — топливо;
СВ — сепаратор воды;
В — воздух;
СУ — сепаратор углекислоты
Основу работы ЭТУ-1 составляет использование в ней циклов тепловой и холодильной машин, объединенных общим рабочим телом, состоящим из продуктов сгорания органического топлива, из которого производятся диоксид углерода, азот, вода, а также тепловая, механическая (МЭ) и хладоэнергия. Седьмым ТП, получаемым ЭТУ-1, является экологический эффект (ЭК) вследствие реализации в ней безотходной технологии. Очевидно, применение многофункциональных (комбинированных) энерготехнологических установок в ближайшем будущем станет основой энергоемких производств.
Расчетные исследования основных характеристик ЭТУ-1 сведены в таблицу.
tнт | βк | Рр, бар |
||||||
5 | 10 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||
1300 | 0,533 | 0,577 | 0,578 | 0,566 | 0,401 | 0,372 | 0,338 | 1,5 |
0,470 | 0,546 | 0,555 | 0,547 | 0,377 | 0,351 | 0,318 | 2,0 | |
0,262 | 0,438 | 0,472 | 0,474 | 0,300 | 0,281 | 0,251 | 3,0 | |
— | 0,340 | 0,418 | 0,437 | 0,251 | 0,242 | 0,217 | 5,0 | |
— | 0,158 | 0,316 | 0,361 | 0,170 | 0,174 | 0,156 | 7,0 |
Значения внутреннего КПД ЭТУ-1 в широком диапазоне значений степени повышения давления в компрессоре для различных разделительных давлений и начальной температуры перед турбиной 1300°С
Анализ показывает на общую высокую эффективность энергетической установки типа ЭТУ-1, наличие оптимальных значений βк,численные значения которых зависят от разделительного давления между тепловой и холодильной машинами. Важным представляется сравнительно низкий уровень оптимальных значений, что важно для транспортного варианта ЭТУ-1 из-за малых массогабаритных характеристик такой машины.