Обзор технологий восстановления и использования отходящего тепла в промышленности нашей страны

Thread Content

В настоящее время в стране при использовании энергии по-прежнему существуют такие основные проблемы, как низкий уровень эффективности использования, плохая экономическая эффективность и большая нагрузка на окружающую среду. Сокращение расходов на энергию и повышение её общего уровня использования являются основными способами решения проблем, связанных с энергетикой в нашей стране, и им придается первоочередное значение. 　　Достижение целей по сокращению энергопотребления и выбросов, а также повышению эффективности использования энергии в первую очередь зависит от промышленного сектора. Доля энергопотребления в промышленности нашей страны составляет около 70% от общего объема энергопотребления страны. Средний уровень энергопотребления на единицу произведенной промышленной продукции превышает международные стандарты примерно на 30%. Помимо относительно устаревших технологий производства и несбалансированной структуры промышленности, низкий уровень использования отходящего тепла в промышленности является важной причиной высокого энергопотребления. Уровень использования энергии в нашей стране составляет всего около 33%, что на 10% меньше, чем в развитых странах. По меньшей мере 50% энергии, потребляемой в промышленности, теряется в виде отходящего тепла. Таким образом, с другой стороны, в нашей стране имеются обширные ресурсы промышленского тепла, которые широко присутствуют в производственных процессах во всех отраслях промышленности. Эти ресурсы составляют примерно 17–67% от общего объема потребляемого топлива; при этом уровень их утилизации достигает 60%. Существует большой потенциал для повышения эффективности использования этого тепла и значительный резерв для энергосбережения. Восстановление промышленных отходов тепла считается одним из источников «новой энергии», и в последние годы оно стало важным элементом в усилиях нашей страны по сокращению энергопотребления и выбросов. 　　Особенности промышленных ресурсов избыточного тепла. Ресурсы избыточного тепла относятся к вторичной энергии; это продукт преобразования первичной энергии или горючих материалов, либо тепло, выделяющееся в процессе сгорания топлива и оставшееся после завершения какого-либо технологического процесса. В зависимости от температуры промышленные отходящие тепловые энергии обычно делятся на высокотемпературные отходящие тепловые энергии при температуре свыше 600°C, среднетемпературные отходящие тепловые энергии при температуре от 300 до 600°C и низкотемпературные отходящие тепловые энергии при температуре ниже 300°C. По источнику происхождения промышленные отходящие тепловые энергии могут быть разделены на тепловую энергию дымовых газов, тепловую энергию охлаждающих средств, тепловую энергию отходящих паров и стоков, тепло, образующееся в результате химических реакций, тепловую энергию высокотемпературной продукции и шлака, а также тепловую энергию горючих отходящих газов и отходов. 　　Источники тепловых отходов разнообразны, диапазон их температур широк, а формы существования многочисленны. С точки зрения использования, тепловые отходы, как правило, имеют следующие общие характеристики: из-за цикличности, прерывистости или колебаний в производственном процессе количество выделяющегося тепла нестабильно; свойства среды, содержащей тепловые отходы, неблагоприятны — например, в дымовых газах много пыли или коррозионноактивных веществ; оборудование для утилизации тепловых отходов ограничено такими факторами, как площадка для его размещения и другие условия. 　　Поэтому условия эксплуатации систем или оборудования для использования промышленных отходящих тепловых ресурсов являются довольно сложными. Требуется стабильная рабочая зона, способность адаптироваться к изменчивым технологическим требованиям, высокая надежность компонентов оборудования, а также высокие первоначальные инвестиции. С экономической точки зрения необходимо провести комплексное проектирование и планировку всей системы с учетом технологического процесса, чтобы повысить эффективность оборудования системы утилизации тепловой энергии. 　　Технологии использования промышленного тепла отходов. Диапазон температур отходящего тепла широк, а формы энергоносителей разнообразны. Вследствие различий в окружающей среде, технологических процессах и ограничений, обусловленных особенностями местности, существует множество типов оборудования: воздухоподогреватели, аккумуляторы тепла для печей, котлы на отходящее тепло, низкотемпературные паровые турбины и т. д. Существует множество способов классификации технологий восстановления промышленных отходящих тепловых энергий. В зависимости от особенностей передачи или преобразования энергии в процессе использования отходящего тепла, существующие в настоящее время технологии его использования можно разделить на технологии теплообмена, технологии преобразования тепла в работу, а также технологии использования отходящего тепла для охлаждения и обогрева. 　　1. Технологии теплообмена　Отработанное тепло следует в первую очередь использовать для оборудования данной системы или данного технологического процесса, сводя к минимуму количество этапов преобразования энергии. Использование избыточного тепла не изменяет его форму; оно лишь передается непосредственно в процессы, требующие энергии в рамках данной технологии, посредством теплообменного оборудования. Такое оборудование позволяет снизить потребление первичной энергии и называется техникой теплообмена. Это наиболее прямой и эффективный экономический способ утилизации промышленного избыточного тепла. К такому оборудованию относятся различные теплообменники — как традиционные теплообменники различных конструкций и тепловые трубки, так и генераторы пара на базе избыточного тепла (утилизационные котлы). 　　(1) Теплообменники с перегородками. Промышленные теплообменники в зависимости от принципа теплообмена делятся на теплообменники с перегородками, смешанные теплообменники и теплоаккумулирующие теплообменники. Перегородчатые и аккумулирующие тепло теплообменники являются распространенным оборудованием для утилизации промышленного тепла; смешанные теплообменники передают тепло за счет непосредственного контакта или смешивания горячей и холодной жидкостей, например, градирни, скрубберы, атмосферные конденсаторы в промышленном производстве, однако в практике утилизации тепла они не получили широкого применения. 　　Разделительные теплообменники в основном делятся на несколько типов: трубчатые, пластинчатые и теплообменники с противотоком. Хотя тепловая эффективность трубчатых теплообменников относительно низкая — в среднем всего 26–30% — а по компактности и расходу металла они уступают другим типам теплообменников, они отличаются прочной конструкцией, большой гибкостью в применении и широким диапазоном используемых материалов. Поэтому они являются наиболее распространенным оборудованием для теплообмена в промышленном использовании для утилизации отходящего тепла. 40% теплообменных устройств на металлургических предприятиях представляют собой трубчатые теплообменники, которые позволяют температуре дыма на входе достигать более 1 000°C, а температура дыма на выходе — около 600°C; средняя разница температур составляет примерно 300°C. 　　Пластинчатые теплообменники включают пластинчатые теплообменники с ребрами, спиральные пластинчатые теплообменники, пластинно-корпусные теплообменники и другие. По сравнению с трубчатыми теплообменниками у них коэффициент теплопередачи примерно в два раза выше; они обеспечивают высокую эффективность теплопередачи, имеют компактную конструкцию и позволяют сократить использование материалов. В металлургической отрасли объединения и малые и средние предприятия в основном используют пластинчатые теплообменники для подогрева воздуха, поступающего на горение. Коэффициент утилизации тепла в среднем составляет 28–35%. Температура дымовых газов на входе в теплообменник составляет около 700 °C, а на выходе — достигает 360 °C. Однако из-за более строгих ограничений по температуре и соотношению давлений при использовании пластинчатых теплообменников, их сфера применения ограничена. 　　Для восстановления высокотемпературных дымовых газов в различных промышленных печах также часто используются теплообменники с одноточечным теплообменом; они делятся на излучательные и конвективные типы. Эти устройства широко применяются в устройствах для равномерного нагрева, нагревательных печах и т. п. для восстановления тепла из дымовых газов, предварительного нагрева воздуха или топлива, а также для снижения объема выбрасываемых газов и их температуры. У входа в теплообменники с радиационным теплообменом температура дымовых газов может достигать более 1 100°C, а у выхода — также около 600°C. Воздух, используемый для поддержания горения, может нагреваться до 400°C, что обеспечивает хороший эффект поддержания горения. Эффективность передачи тепла может превышать 40%, однако коэффициент восстановления тепла остается низким — в среднем 26–35%. 　　(2) Теплообменники с накоплением тепла. Принцип работы таких теплообменников заключается в последовательном прохождении холодной и горячей жидкостей через элементы для накопления тепла; это устройства для периодической работы. Они подходят для использования в целях восстановления избыточного тепла, выделяющегося периодически. Чаще всего они применяются для теплообмена между газами высокой температуры, например, для нагрева воздуха или других материалов. 　　В зависимости от теплоаккумулирующей среды и формы накопления тепловой энергии, системы теплообмена с аккумуляцией тепла делятся на системы аккумуляции чувствительного тепла и системы аккумуляции скрытого тепла фазовых переходов. Накопление тепла в виде скрытой теплоты применяется уже давно: от простого теплообменного оборудования, такого как обычные ротационные теплообменники, до сложных устройств, например, регенеративных воздуходогревателей доменных печей. Из-за таких недостатков, как низкая плотность хранения энергии, большие габариты и невозможность поддержания постоянной температуры при хранении тепла, устройства для обмена теплом с использованием сенсебельной энергии имеют ограничения в применении для восстановления промышленных отходов тепла. Устройства для аккумулирования и передачи тепла с использованием скрытой теплоты фазового перехода накапливают и передают энергию за счет собственной теплоемкости материала-аккумулятора и скрытой теплоты фазового перехода. Их плотность энергонакопления на порядок выше, чем у устройств, использующих только чувствительное тепло. Поэтому при накоплении одинакового количества тепла объем таких устройств на 30–50% меньше, чем у традиционных аккумуляторов тепла. 　　Кроме того, стабильность тепловыделения, практически постоянная температура теплоносителя и стабильное состояние работы системы теплообмена являются еще одним преимуществом теплообменного оборудования с накоплением тепла за счет скрытой теплоты фазового перехода. Материалы для аккумулирования тепла на основе фазовых переходов в зависимости от температуры фазового перехода делятся на материалы с высокой температурой фазового перехода и материалы со средней/низкой температурой фазового перехода. Первые характеризуются высокой температурой фазового перехода и большой скрытой теплотой фазового перехода; они изготавливаются в основном из некоторых неорганических солей и их смесей, щелочей, металлов и сплавов в сочетании с керамической или металлической основой. Такие материалы подходят для утилизации остаточного тепла при температурах от 450 до 1100 °C и выше; они находят широкое применение. Вторые представляют собой кристаллогидратные соли или органические вещества; они подходят для утилизации остаточного тепла при низких температурах. 　　(3) Устройства теплообмена на основе тепловых трубок. Тепловая трубка представляет собой высокоэффективный элемент для передачи тепла. Она передает тепло за счёт процессов испарения и конденсации жидкости в полностью закрытой вакуумной трубке, а также за счёт вторичного теплообмена между стенками трубки. Это устройство сочетает в себе функции накопления тепла и устройства для его передачи. Тепловые трубки обладают отличной теплопроводностью: их коэффициент теплопередачи почти в десять раз выше, чем у традиционных металлических теплообменников. Кроме того, они характеризуются хорошей изотермичностью, возможностью регулирования температуры, высокой способностью передачи тепла; площадь поверхности теплообмена с горячей и холодной сторон может изменяться по желанию. Также тепловые трубки позволяют передавать тепло на большие расстояния без необходимости использования дополнительного оборудования для приведения в действие. Для работы тепловых трубок необходимо выбирать соответствующий материал трубки и рабочую среду в зависимости от температуры эксплуатации. Среди них гравитационные тепловые трубки из углеродистой стали и воды отличаются простой конструкцией, низкой стоимостью, удобством в изготовлении и легкостью внедрения, благодаря чему получили широкое распространение. На практике температура использования тепловых трубок составляет от 50 до 400 °C. Они применяются для рекуперации тепла или утилизации отработанного пара в сушильных печах, печах ассимиляции и обжиговых печах, а также в качестве воздухоподогревателей для котлов или печей. 　　(4) Котлы с использованием отходящего тепла. Использование парогенераторов, то есть котлов для использования отходящего тепла, является важным способом повышения эффективности использования энергии. Почти 80% тепла, выделяющегося при сжигании материалов в металлургической промышленности, перерабатывается с помощью таких котлов, что позволяет добиться значительной экономии энергии. 　　В котлах с использованием остаточного тепла не происходит процесса сгорания; вместо этого используется остаточное тепло высокотемпературных дымовых газов, остаточное тепло химических реакций, остаточное тепло горючих газов, а также остаточное тепло высокотемпературной продукции для производства пара или горячей воды, которая затем используется в производственных процессах или для отопления через тепловые сети. В то же время котел-утилизатор является важным оборудованием в системе выработки электроэнергии с использованием низкотемпературных паровых турбин; он обеспечивает такие силовые машины, как паровые турбины, рабочим паром. 　　На практике чаще всего используются котлы с использованием тепла от дымовых газов при температуре 350–1 000°C. По сравнению с котлами, работающими на угле, это котлы низкой температуры, что приводит к более низкой эффективности их работы. Поскольку дым от остаточного нагрева содержит большое количество пыли и коррозионных веществ, это способствует образованию осадка, коррозии и износу в котле. Поэтому предотвращение образования осадка и износа является ключевым аспектом при проектировании котлов с остаточным нагревом. Прямой тип печи, камера радиационного охлаждения с большим объемом, герметичные стенки печи, камера для удаления пыли, а также множество устройств для вибрационной очистки от золы — все это элементы конструкции котлов с использованием отходящего тепла, предназначенные для решения проблем накопления золы и износа. Кроме того, из-за ограничений по площади производственного помещения котлы для использования отходящего тепла имеют размещенные по разным участкам технологической цепочки элементы для теплообмена, в отличие от обычных котлов, где эти элементы собираются в единое целое. 　　За последние десять лет, по мере развития усилий по сокращению энергопотребления и выбросов, ведущие отечественные предприятия по проектированию и производству котлов для использования отходящего тепла начали активно развиваться. Котлы такого типа становятся все более крупными и работают при высоких параметрах. Например, в металлургии цветных металлов используются котлы, способные испарять 50 тонн воды в час при рабочем давлении 4,2 мегапаскаля; в сталелитейной промышленности — котлы для сухого погашения угля, способные испарять 100 тонн воды в час при рабочем давлении 12,5 мегапаскаля. Кроме того, основным направлением развития технологии котлов с использованием отходящего тепла являются улучшение эффективности передачи тепла в котле и коэффициента использования тепла, снижение проблем, связанных с накоплением золы и износом. Для этого необходимо внести изменения и усовершенствования в способы циркуляции пара в котле, конструкцию поверхностей, через которые происходит нагрев, а также в способы очистки котла от золы. 　　2. Технология преобразования тепла в работу. Технология теплообмена позволяет использовать остаточное тепло в виде тепловой энергии, снижая при этом его температурный уровень. Это является способом неоптимального использования ресурсов, и такой подход не может удовлетворить потребности производственных процессов или энергозатраты предприятия. Кроме того, использование технологий теплообмена для извлечения большого количества ресурсов тепла средней и низкой температуры не приносит значительной выгоды. Таким образом, использование технологий преобразования тепла в работу для повышения качества отходящего тепла является ещё одной важной технологией для рекуперации промышленного отходящего тепла. 　　По классификации рабочих веществ технологии преобразования тепла в работу делятся на традиционные технологии генерации электроэнергии с использованием паровых турбин, в которых в качестве рабочего вещества используется вода, и технологии генерации электроэнергии с использованием органических веществ с низкой температурой кипения. В связи с существенными различиями в свойствах рабочего вещества, соответствующие системы и оборудование для утилизации остаточного тепла также имеют свои особенности. В настоящее время основное применение заключается в использовании воды в качестве рабочего вещества, а также в использовании котлов с извлечением избыточного тепла в сочетании с паровыми турбинами или расширительными машинами для создания систем генерации электроэнергии на низких температурах. 　　Для выработки электроэнергии с помощью турбин низкой температуры используются в основном остаточные тепловые ресурсы в виде дымовых газов с температурой выше 350°C. К таким источникам относятся дымовые газы, образующиеся в печах предприятий строительной промышленности, таких как производители стекла и цемента, или дымовые газы, температура которых после первичного использования снижается до 400–600°C. Мощность одной такой турбины составляет от нескольких мегаватт до нескольких десятков мегаватт. Существует множество способов использования остаточного тепла для выработки электроэнергии: это выработка электроэнергии с использованием остаточного тепла из кислородных конвертеров на сталелитейных заводах, с использованием тепла, образующегося в процессе сушки кокса на коксохимических заводах, а также с использованием низкотемпературного остаточного тепла на цементных заводах. Однако, с учетом диапазона температур ресурсов отходящего тепла, эта технология относится к технологиям генерации электроэнергии из тепла средних и высоких температур. 　　Кроме того, большое количество пара, получаемого из технологического процесса с помощью котлов для использования отходящего тепла или теплообменников, включает в себя пар под низким давлением около 1 мегапаскаля или горячую воду; значительная часть этого пара часто утилизируется без дальнейшего использования. В настоящее время для использования такого низкодавочного насыщенного пара в энергетике в основном применяется технология винтовых расширительных двигателей. Данная технология обладает следующими особенностями: в качестве источника энергии можно использовать различные теплоносители; она пригодна для перегретого пара, насыщенного пара, двухфазной смеси пара и жидкости, а также для дымовых газов, загрязненной горячей воды, горячих жидкостей и т. д.; конструкция проста и компактна; возможна автоматическая регулировка скорости вращения; срок службы долгий, уровень вибрации низкий; скорость потока внутри машины невелика; помимо потерь на утечки, другие энергетические потери минимальны, что обеспечивает высокую эффективность; благодаря двойному ротору без контакта при работе возникает эффект сдвига, что обеспечивает самоочистку и самоудаление отложений. 　　Винтовой расширительный двигатель относится к объемным расширительным машинам; его производительность ограничена возможностями расширения. В качестве источника тепла для прямого привода винтового расширительного двигателя могут использоваться пар с давлением 0,15–3,0 МПа и температурой ниже 300 °C или горячая вода с давлением выше 0,8 МПа и температурой выше 170 °C. В силу особенностей конструкции мощность одиночного винтового расширительного двигателя ограничена; чаще всего она не превышает 1000 киловатт. Такие двигатели в основном применяются в случаях, когда объем утилизируемого тепла невелик. 　　3. Технологии охлаждения и отопления (1) Технология охлаждения с использованием избыточного тепла По сравнению с традиционными компрессионными установками для охлаждения, абсорбционные или адсорбционные системы охлаждения позволяют использовать дешевое топливо и тепло низкой качественности, тем самым сокращая потребление электроэнергии и решая проблему нехватки электроэнергии. В качестве хладагента используются природные вещества, не содержащие хлорфторированных соединений, которые разрушают озоновый слой. Эти системы обеспечивают значительную экономию электроэнергии и способствуют защите окружающей среды; в конце XX века они получили широкое распространение. 　　Тепловые циклы технологий абсорбционного и адсорбционного охлаждения очень схожи: оба следуют циклу «десорбция — конденсация — испарение — абсорбция (адсорбция)». Однако в абсорбционном охлаждении в качестве абсорбента используется жидкость с хорошей текучестью, а в качестве хладагента — растворы аммиака в воде, бромистого лития и т. д.; процессы десорбции и абсорбции осуществляются в генераторе и абсорбере соответственно. В адсорбционном охлаждении в качестве адсорбента обычно применяется твердое вещество; различают физическую и химическую адсорбцию. Часто используются такие пары рабочих веществ, как молекулярное сито — вода, хлорид кальция — аммиак; процессы десорбции и адсорбции происходят в адсорбере. 　　Абсорбционные системы охлаждения, в которых в качестве рабочего вещества используется раствор лития бромида, наиболее широко применяются. Обычно можно использовать источники тепла с температурой от 80 до 250°C. Однако из-за использования воды в качестве хладагента температура охлаждающей среды может достигать лишь 0°C или выше 5°C. Такие системы часто используются для кондиционирования воздуха или для получения охлажденной воды в промышленных целях. Коэффициент эффективности таких систем сильно варьируется в зависимости от тепловых свойств рабочего вещества и способа циклирования тепловой системы. В реальных условиях коэффициент эффективности таких установок обычно не превышает 2, что значительно меньше, чем у компрессионных систем охлаждения. Однако такие установки могут использовать тепло низкого качества, получаемое в промышленности, солнечную энергию, геотермальную энергию и т. д., не тратя при этом электроэнергию высокого качества, что дает им определенные преимущества в использовании промышленного отходного тепла. Абсорбционные холодильные установки с повторным использованием тепловой энергии обладают высокой эффективностью охлаждения и подходят для массового восстановления тепловой энергии. Мощность охлаждения может составлять от нескольких десятков киловатт до нескольких мегаватт. Эти установки уже нашли широкое применение в стране; технология считается зрелой, а ассортимент и спецификации продукции достаточно широки. 　　Существует множество видов субстанций, используемых в адсорбционных холодильниках: это как физические адсорбенты, так и химические адсорбенты, а также комбинированные адсорбенты. Такие холодильники могут работать при широком диапазоне температур источника тепла. Кроме того, им не требуются насосы для перекачки растворов или устройства для дистилляции. Не возникает также проблем, связанных с загрязнением холодильника, кристаллизацией солевых растворов или коррозией металлов. Системы охлаждения на основе адсорбции имеют простую конструкцию, не производят шума и не загрязняют окружающую среду. Их можно использовать в условиях колебаний и вибраций, например, в автомобилях и судах. Однако эффективность охлаждения у таких систем относительно низкая; коэффициент полезности обычно составляет менее 0,7. Из-за ограничений, связанных с технологией производства, мощность охлаждения невелика – обычно она составляет несколько сотен киловатт. Поэтому такие системы более подходят для рекуперации тепла низкой температуры или для использования в системах комбинированной выработки холода, тепла и электроэнергии. 　　(2) Технология тепловых насосов. В промышленном производстве существует большое количество отходящего тепла, температура которого незначительно выше температуры окружающей среды (30–60°C). К такому теплу относятся вода, используемая для охлаждения оборудования, сточные воды нефтяных месторождений и т. д. Хотя температура этого тепла невысока, его количественное содержание велико. Поэтому технология тепловых насосов часто используется для использования таких источников отходящего тепла. 　　Тепловой насос, тратя часть энергии высокого качества (электрическую энергию, механическую энергию или тепло высокой температуры) в качестве компенсации, с помощью термодинамического цикла холодильника «помпирует» тепло из источника низкой температуры в носитель высокой температуры, такой как горячая вода при температуре выше 50°C, что позволяет удовлетворять потребности промышленности, сельского хозяйства и коммерции в горячей воде для дистилляции, концентрации, сушки, отопления или для обогрева зданий. В настоящее время коэффициент теплопроизводства тепловых насосов составляет от 3 до 5, то есть при потреблении 1 киловатта электроэнергии можно получить от 3 до 5 киловатт тепла. Это экономически целесообразная технология для использования тепла от сточных вод, температура которых незначительно выше температуры окружающей среды, в определенных условиях. 　　В настоящее время в основном производятся компрессионные тепловые насосы; средние тепловые насосы находятся на стадии разработки, а крупные тепловые насосы пока не существуют. Среди компрессионных тепловых насосов наиболее широкое применение находит технология теплового насоса на водной основе; она может использоваться для переработки отходящего тепла в тепловых электростанциях и атомных электростанциях, а также в таких отраслях, как текстильная промышленность и фармацевтика. Например, на электростанциях в качестве источника тепла используется циркулирующая вода. С помощью тепловых насосов повышается температура воды, поступающей в котел, что позволяет поднять её с 15°C до 50°C. Это снижает потребность котла в угле, тем самым способствуя экономии энергии и сокращению расходов. 　　Итак, существует множество технических устройств для использования отходящего тепла, но у каждого из них есть свои условия применения. Необходимо выбирать подходящий способ использования отходящего тепла, исходя из температуры и количества тепла, выделяющегося в производственном процессе, а также с учетом условий производства, технологического процесса и потребностей в энергии. 　　Технология производства электроэнергии из промышленных отходов низкой температуры на основе органических сред 1. Низкотемпературный органический цикл Ранкина Для больших объемов отходов тепла с температурой ниже 200°C в настоящее время невозможно эффективно использовать их с помощью систем испарения пара или горячей воды; более подходящей является экономически целесообразная технология производства электроэнергии с использованием органического цикла Ранкина. 　　Технология производства электроэнергии из промышленных отходов тепла при низких температурах на основе органических сред является технологией преобразования теплоты в работу. Органический цикл Ранкина — это цикл Ранкина, в котором в качестве рабочей субстанции используются органические вещества с низкой температурой кипения. Принцип его работы такой же, как и у обычных паровых турбин, разница заключается лишь в типе рабочей субстанции; кроме того, такая система более простая и компактная. Такой способ выработки энергии обладает значительными преимуществами для использования тепловых отходов при низких температурах: поток тепловых отходов не вступает в прямой контакт с рабочей субстанцией, у пара органической рабочей субстанции малая плотность, размеры труб меньше, площадь прохода пара через турбину также меньше, а мощность на единицу объема высока. Это делает его идеальным вариантом для рекуперации тепловых отходов при низких температурах. 　　Выбор органического рабочего вещества является важным этапом в технологии выработки электроэнергии с использованием избыточного тепла в органическом Ранкиновом цикле. К работающей среде обычно предъявляются следующие требования: хорошие показатели генерации энергии; хорошие теплопередающие свойства; подходящие термофизические характеристики, такие как критические параметры и температура кипения при нормальном давлении; высокая химическая стабильность, отсутствие разложения, низкая коррозийная активность, низкая токсичность, экологичность, отсутствие склонности к воспламенению и взрыву; экономическая целесообразность, наличие в больших количествах и низкая стоимость. Однако на практике теплоносителю бывает сложно одновременно соответствовать всем вышеуказанным условиям. К тому же, по мере ужесточения международных требований к экологичности органических теплоносителей, список подходящих для использования теплоносителей постоянно обновляется. Поэтому необходимо учитывать тип источника тепла, а также его температурные характеристики. 　　При проектировании и изготовлении оборудования для систем генерации энергии на основе органического цикла Ранкина можно опираться на стандарты, применяемые в химической и холодильной промышленности для изготовления теплообменников, насосов и клапанов. Генераторы являются частью серийной продукции; однако при выборе и проектировании турбин-расширителей, а также при разработке технологий уплотнения необходимо применять специальные подходы, что требует нестандартного проектирования. Наиболее распространенными турбинами-расширителями являются многоступенчатые осевые турбины, которые подходят для ситуаций с высокой температурой, большим расходом рабочей субстанции, значительной потерей энтальпии и большой мощностью. Однако их внутренняя эффективность относительно низкая, а конструкция довольно сложная. Радиальные турбины обладают более высокой внутренней эффективностью, имеют компактную конструкцию и просты в производстве. Однако их мощность невелика. В зарубежных странах они широко используются для использования отходящего тепла, особенно в ситуациях, когда объем восстановляемого тепла невелик. 　　2. Цикл Калины. Это цикл органического Ренкина с чистым рабочим веществом. Однако процесс изотермического испарения рабочего вещества плохо согласуется с реальными условиями работы источника низкотемпературного тепла, имеющего переменную температуру. В результате средняя разница температур при теплообмене оказывается большой, а необратимые потери — значительными. Цикл Калины представляет собой циклическую систему, в которой в качестве рабочего вещества используется смесь аммиака с водой. Простейшим тепловым циклом является одноступенчатый дистилляционный цикл: раствор аммиака определенной концентрации под давлением насоса и после нагревания в подогревателе поступает в котел-утилизатор, где испаряется, образуя перегретый пар аммиака. Этот пар затем поступает в турбину для совершения работы. После этого сложная система дистилляции и охлаждения обеспечивает конденсацию смеси аммиака с водой; в результате образуется раствор рабочего вещества нужной концентрации, который снова поступает к насосу для завершения цикла. 　　В цикле Калины в процессе испарения рабочее вещество испаряется при постоянном давлении и изменяющейся температуре, что снижает необратимость процесса поглощения тепла рабочим веществом. Кроме того, поскольку в основном рабочем веществе в процессе конденсации содержание аммиака низкое, устраняется недостаток органического цикла Ренкина с смешанным рабочим веществом — большие потери при конденсации. Согласно теоретическому анализу, эффективность цикла Калины на 15% и более выше, чем у органического Ренкина-цикла с однокомпонентным рабочим веществом. Однако на практике, из-за сложности процесса испарения смеси аммиака и воды и других факторов, цикл Калины не демонстрирует особенно высокой эффективности. 　　Исследования показывают, что при восстановлении тепла средних и низких температур для различных типов тепла у цикла Калины и цикла Ранкина есть свои преимущества. При постоянной температуре и расходе тепла, а также при необходимости использования восстановленного тепла в производственном процессе при определенной температуре, система восстановления тепла низких температур на основе органического цикла Ранкина обладает большими преимуществами. 　　Заключение. В настоящее время уровень распространения технологий использования тепла средней и высокой температуры в нашей стране невысок. Использование тепла низкой температуры практически не применяется из-за незрелости соответствующих технологий. Поэтому для содействия сокращению энергопотребления и выбросов в промышленности необходимо, с одной стороны, дальше распространять технологии использования тепла средней и высокой температуры, особенно повышая эффективность его использования на малых и средних предприятиях, а также оптимизируя всю производственную систему и соответствующие технологии использования тепла. С другой стороны, с точки зрения технологического развития, технология низкотемпературного органического цикла Ранкина представляет собой экономически эффективное решение для использования низкотемпературных промышленных отходов тепла, геотермальной энергии и солнечной энергии. Однако в нашей стране эта технология пока не освоена. Поэтому усиление исследований в области технологий производства электроэнергии с использованием низкотемпературных отходов тепла, таких как органический цикл Ранкина, а также активное внедрение этих технологий на практике будут способствовать повышению эффективности использования тепла низкого качества.