Коэффициент энергоэффективности и проектирование с учетом расхода энергии в системах охлаждения на основе СПГ

Thread Content

Ниже приведена статья, составленная мной лично. Я искренне приветствую все обсуждения, критику и замечания. Введение: В условиях требований к охране окружающей среды и сокращению энергопотребления объем электроэнергии, потребляемой системами охлаждения, является наиболее важным показателем. Для эксплуатации заводов по производству СПГ, при неизменных затратах на оборудование, выбор энергоэффективных и высокоэффективных технологических решений является важнейшим способом снижения расходов и увеличения доходов. Для кондиционеров класс энергоэффективности — это способ классификации, показывающий различия в уровне энергоэффективности этих устройств. Коэффициент энергоэффективности — это отношение номинальной холодопроизводительности к номинальной мощности (потреблению электроэнергии). Согласно **стандартным правилам, коэффициент энергоэффективности кондиционеров делят на пять категорий: 1, 2, 3, 4, 5. Коэффициенты энергоэффективности для этих категорий составляют соответственно более 3,4, от 3,2 до 3,4, от 3,0 до 3,2, от 2,8 до 3,0 и от 2,6 до 2,8. Согласно правилам, продукция, эффективность которой при использовании энергии ниже минимального уровня 5 для выхода на рынок, не допускается к продаже. Фон знака энергоэффективности синий, сверху указаны такие данные, как «наименование производителя» и «модель» ； Самым заметным является центральная часть знака, в которой указаны от 1 до 5 уровней эффективности, от зеленого до красного цвета. Слева приведена информация о уровне энергопотребления — от «низкого» до «высокого». В верхнем правом углу четко указан уровень энергоэффективности данной модели продукта. В нижней части знака указаны конкретные значения «коэффициента энергоэффективности», «входной мощности» и «мощности охлаждения». 1. Определение коэффициента энергоэффективности системы охлаждения на основе LNG: Система охлаждения сжиженного природного газа LNG включает в себя такие основные компоненты, как компрессор хладагента, конденсатор, клапан J-T и охлаждающая камера. Система охлаждения, используемая в процессе сжижения LNG, представляет собой замкнутую циркуляционную систему. Как показано на рисунке: хладагент под действием работы компрессора принимает высокотемпературное и высокодавленийное состояние. Затем он охлаждается в конденсаторе, в результате чего из него удаляется тепло, поглощенное им ранее. После этого хладагент попадает в холодильную камеру, где происходит теплообмен с очищенным природным газом. Хладагент поглощает тепло из газа, после чего снова возвращается в компрессор для дальнейшего сжатия. Таким образом, состояние хладагента вновь возвращается к исходному. Коэффициент энергоэффективности = количество тепла, поглощаемого природным газом Qпогл/ работа компрессора W. Теплота Qпоглощаемого природного газа представляет собой видимую теплоту, выделяющуюся в процессе охлаждения при сжижении природного газа, и скрытую теплоту, выделяющуюся в процессе фазового перехода; это и есть эффективная тепловая нагрузка на холодильную камеру. Рабочая энергия компрессора W — это активная мощность компрессора хладагента. Если предположить, что у завода по переработке LNG с производительностью 300 тыс. кубических метров в сутки нагрузка на холодильные устройства составляет 3171 кВт, а активная мощность компрессоров — 1000 кВт, то коэффициент энергоэффективности системы охлаждения LNG будет равен 3,171. Если же мощность компрессоров составляет 2000 кВт, то коэффициент энергоэффективности составит 1,58. Согласно стандартам энергосбережения для кондиционеров, если коэффициент энергоэффективности ниже минимального значения 2,6, установленного для выхода продукции на рынок, то такая продукция не может быть выпущена на рынок. 2. Расчет нагрузки на кулерный бокс системы охлаждения СПГ: Кулерный бокс является одним из ключевых компонентов системы охлаждения СПГ, а его способность к охлаждению — важнейшим фактором для обеспечения массового производства СПГ. На приведенной выше схеме количество теплоты, которое холодильная камера поглощает за единицу времени из природного газа, представляет собой ее мощность; эта величина может быть выражена в кВт. Количество тепла, поглощаемого холодильной камерой в единицу времени, можно рассчитать на основе установленного объема обработки природного газа в сутки. Этот показатель определяется как сумма видимой теплоты, выделяющейся в процессе охлаждения газа внутри холодильной камеры, то есть теплоемкости Qп, и скрытой теплоты, выделяющейся в процессе превращения газа в жидкое состояние, то есть Qск. Например, для завода по производству LNG, способного обрабатывать 300 тысяч кубических метров природного газа в сутки, если учитывать плотность газа 0,72 кг/нм³, удельную теплоемкость 2156 Дж/(кг•К) и разницу температур при ликвидации 260 градусов, то значение полезной теплоты будет следующим: Q_полезная = 30×10000×0,72×2,156×260/(24×3600) = 1401 кВт. Потенциальная теплота испарения природного газа составляет 510,25 кДж/м³; следовательно, значение потенциальной теплоты ликвидации 300 тысяч кубических метров газа будет равно: Q_потенциальная = 30×10000×510,25/(24×3600) = 1771,7 кВт. Следовательно, общая эффективная тепловая нагрузка на холодильную установку такого завода составляет 3171,7 кВт.

3. Проектирование системы охлаждения на основе LNG: Из описанного цикла работы хладагента видно, что эффективная энергия, поглощаемая холодильной камерой (Q_поглощаемая), вместе с эффективной мощностью, подаваемой компрессором (W), должны быть охлаждены с помощью конденсатора хладагента. Это позволяет устранить лишнюю энергию (Q_выделяемая), добавленную в хладагент, и вернуть его в исходное состояние для начала следующего цикла охлаждения. Следовательно, энергия Q_отп, выделяемая конденсатором хладагента, должна быть равна сумме эффективной тепловой нагрузки Q_пр, возникающей в холодильной камере, и активной мощности компрессора хладагента W: Q_отп = Q_пр + W. Если мощность конденсатора недостаточна, это приводит к тому, что мощность охлаждения системы становится недостаточной, и количество получаемого жидкого продукта не может соответствовать заданным показателям.