Турбодетандерная установка на диоксиде углерода с производством жидкой и газообразной углекислоты

Abstract

Представлена схема когенерационной и тригенерационной установки на диоксиде углерода с использованием вторичных энергоресурсов в виде продуктов сгорания или дымовых газов, позволяющая одновременно производить электроэнергию, тепловую энергию и холод для централизованного и децентрализованного снабжения потребителей. Кроме того, на установке возможно производство жидкой и газообразной углекислоты. Основными элементами установки являются теплофикационный блок, турбодетандерный агрегат и углекислотный блок для производства холода, жидкой и газообразной углекислоты. Проведены термодинамический расчет и краткий эксергетический анализ установки. В предлагаемой установке в качестве вторичных энергоресурсов могут использоваться отходящие газы от стеклоплавильных, металлургических печей, теплоэнергетических установок и других энергетических объектов с температурой вторичных энергоресурсов 250–400 о С и выше. Теплофикационный блок установки предназначен для получения тепловой энергии для систем отопления и горячего водоснабжения, углекислотный блок – для получения холода, электрической энергии и диоксида углерода в жидком и газообразном виде для обеспечения работы установки и использования в коммерческих целях. Холод в установке может быть получен в двух испарителях, работающих при различных температурах кипения. При более высокой температуре кипения диоксида углерода холод используется в системах кондиционирования воздуха и централизованных системах охлаждения и хранения продукции, а при более низкой температуре кипения диоксида углерода – в системах замораживания и хранения. Для осуществления обратного углекислотного цикла применяется трехступенчатый углекислотный компрессор с ресивером после третьей ступени. Для снижения работы сжатия компрессора должно быть предусмотрено полное промежуточное охлаждение диоксида углерода между ступенями.

The scheme of carbon dioxide cogeneration and trigeneration plant with the use of secondary energy resources in the form of combustion products or flue gases that enables to produce electricity, thermal energy and cold for centralized and decentralized supply of consumers simultaneously, is presented. In addition, the plant can produce liquid and gaseous carbon dioxide. The main elements of the plant are a heating unit, a turbodetander unit and a carbon dioxide unit for the production of cold, liquid and gaseous carbon dioxide. A thermodynamic calculation and a brief exergy analysis of the plant were carried out. In the proposed plant, off-gases from glassmelting, metallurgical furnaces, heat power facility and other energy facilities with a secondary energy temperature of 250–400 °C and above can be used as secondary energy resources. The heating unit of the installation has been designed to produce thermal energy for heating and hot water supply systems. The carbon dioxide unit has been designed for the production of cold, electric energy and carbon dioxide in liquid and gaseous form in order to ensure the operation of the plant and the use for commercial purposes. The cold in the plant can be obtained in two evaporators operating at different boiling temperatures. At a higher boiling point of carbon dioxide, cold is used in air conditioning systems and in centralized cooling and storage systems, while at a lower boiling point of carbon dioxide – in freezing and storage systems. For the implementation of the reverse carbon dioxide cycle, a three-stage carbon dioxide compressor with a receiver after the third stage is used. To reduce compression performance of the compressor, complete intermediate cooling of carbon dioxide between stages should be provided.