Рабочее вещество для турбогенератора - утилизатора тепла

 

Использование: изобретение относится к рабочим веществам для турбогенератора, реализующего термодинамический цикл Ренкина и предназначенного для утилизации низкотемпературного тепла технологических процессов в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения: рабочее вещество содержит бинарную смесь углеводородов, в которой один из компонентов - пентен-1 или бутин-1, образующие в условиях адиабатического расширения сухой насыщенный пар, а второй - бутин-2 или циклобутан, образующие в тех же условиях влажный насыщенный пар, взятых в молярном соотношении 1 : 0,25 - 2,3 соответственно. 2 табл.

Изобретение относится к рабочим веществам для турбогенератора, реализующего термодинамический цикл Ренкина и предназначенного для утилизации низкотемпературного тепла технологических процессов в нефтепереработке, химической, металлургической, стекольной и др. отраслях промышленности.

Наиболее близким к изобретению является использование в качестве рабочего вещества бинарной смеси, состоящей из углеводорода или галогенпроизводного углеводородов (гептан, перфторгексан, ундекан, 1-1-диметилциклогексан) и вещества, выбранного из группы: вода, спирты, амины [1] Предложены бинарные смеси более экономичны чем фреоны, менее взрывоопасны чем чистые углеводороды. Однако такого рода смеси обеспечивают относительно низкий КПД цикла Ренкина, который в условиях T₁ 100 150^oC и T₂ 20 30^oC составляет 0,15 0,18.

Изобретение решает задачу соединения рабочего вещества для турбогенератора утилизатора низкотемпературного тепла, обеспечивающего повышение коэффициента полезного действия реализуемого цикла Ренкина.

Поставленная задача решена заявляемым веществом для турбогенератора - утилизатора низкотемпературного тепла, представляющим собой бинарную смесь углеводородов, в которой один из компонентов пентен-1 или бутин-1, образующий в условиях адиабатического расширения сухой насыщенный пар, а в качестве второго бутин-2 или циклобутан, образующий в этих же условиях влажный насыщенный пар, взятых в соотношении 1 0,25 2,30 соответственно.

Использование изобретения позволяет получить бинарные композиции углеводородов, для которых линия адиабатического расширения пара в диапазоне температур T₁ 100 150^oC и T₂ 5 30^oC максимально приближается к изоэнтропе и обеспечивает высокий КПД цикла Ренкина. В то же время выполняется очень важное условие: обеспечение отсутствия жидкости в парах рабочего вещества при расширении и передаче энергии турбине. Известно, что присутствие капелек жидкости в потоке пара приводит к разрушению лопастей турбины.

Это обстоятельство игнорируется в [2] где предложено использовать смеси, кипящие и конденсирующиеся во всем диапазоне процесса сжатия и расширения. Сравнительна оценка эффективности использования рабочих смесей, предложенных в [2] представляется весьма затруднительной, поскольку существенно различны условия работы установки.

В табл. 1 представлены примеры состава предлагаемого рабочего вещества, а в табл. 2 данные о режиме работы турбогенератора утилизатора и соответствующих параметрах реализуемого в нем цикла Ренкина.

КПД реализуемого цикла Ренкина определяется по формуле КПД (H₁ H₂)/(H₁ H₃), где H₁ энтальпия в соответствующей точке цикла Ренкина.

Для сравнения в табл. 2 представлены также значения КПД идеального цикла Карно для тех же условий работы турбогенератора и соотношение значений КПД циклов Ренкина и Карно.

Представленные в табл. 2 данные показывают, что предлагаемые композиции углеводородов обеспечивают высокую эффективность работы турбогенератора при утилизации низкотемпературного тепла, достигаются более высокие значения КПД цикла Ренкина, чем в прототипе, а в примере 1, судя по значениям соотношения КПД цикла Ренкина к КПД цикла Карно, он приближается к максимально возможному.

Дополнительным существенны преимуществом изобретения является также неагрессивность входящих в состав композиций веществ по отношению к металлам, а также то, что созданы бинарные смеси, давление паров которых при температурах 15 20^oC близко к атмосферному.

Формула изобретения

Рабочее вещество для турбогенератора утилизатора тепла, реализующего термодинамический цикл Ренкина, содержащее углеводороды, отличающееся тем, что в бинарной смеси в качестве одного из компонентов используется пентен-1 или бутин-1, образующие в условиях адиабатического расширения сухой насыщенный пар, а в качестве другого бутин-2 или циклобутан, образующие в тех же условиях влажный насыщенный пар, при их молярном соотношении 1 0,25 2,3 соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1