Термодинамический анализ озонобезопасных низкокипящих рабочих тел для турбодетандерных установок

Abstract

В статье рассмотрены 46 низкокипящих рабочих тел (НКРТ), имеющих нулевой потенциал разрушения озонового слоя: 14 однокомпонентных гидрофторуглеродных хладагентов, 28 многокомпонентных смесей гидрофторуглеродных хладагентов и четыре природных хладагента. Произведен термодинамический анализ рабочих тел на базе классической турбодетандерной схемы с теплообменным аппаратом, предназначенным для охлаждения перегретого НКРТ, покинувшего турбодетандер. Для данной схемы построен цикл в T–s-координатах. Сравнение НКРТ производилось по эксергетическому коэффициенту полезного действия (КПД). В ходе исследования выявлено, что для некоторых НКРТ последовательность расположения зависимостей эксергетического КПД от температуры при оптимальных с термодинамической точки зрения давлениях рабочих тел сохраняется на всем изучаемом интервале температур (от 100 до 300 оС). Иными словами, если рабочее тело имеет наибольший эксергетический КПД, то это свойство присуще ему при любой температуре в заданном интервале. Анализ НКРТ по эксергетическому КПД предложено проводить по произвольно выбранной температуре (250 оС). Исследование показало, что наибольшим эксергетическим КПД из природных хладагентов обладает R600A (50,25 %), среди однокомпонентных гидрофторуглеродных хладагентов – R245FA (50,00 %), R1233ZD(E) (49,91 %), R236EA (49,59 %), среди многокомпонентных смесей гидрофторуглеродных хладагентов – R429A (47,92 %), R430A (47,49 %) и R423A (47,47 %). Из всех рассмотренных НКРТ наибольший эксергетический КПД имеют: R600A, R245FA, R1233ZD(E), R236EA, R1234ZE(Z), R236FA. Они принадлежат как к природным хладагентам (углеводороды), так и к однокомпонентным гидрофторуглеродным. Следует отметить, что у каждого из этих рабочих тел есть свои недостатки: одни обладают высоким потенциалом глобального потепления, другие взрывоопасны, третьи имеют высокую стоимость.