3. Третья группа мероприятий – энергосберегающие мероприятия – предполагают следующие решения.

• Использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, приводящих к замещению органического топлива – солнечные сушильные установки, использование ветровой энергии для сушки растительных материалов и т.д.

• Использование прерывистых режимов подвода тепла за счет радиационного излучения, реверсия потоков сушильного агента и др.

• Использование в качестве сушильного агента паров растворителя, водяного пара атмосферного давления и др.

Приведенный перечень методов энергосбережения в сушилках не полон, но дает представление о большом количестве возможных направлений поиска рациональных и оптимальных вариантов организации процесса сушки.

Первая группа методов относится к традиционным методам энергосбережения и основана на выборе рациональной теплотехнологической схемы установки, параметров режима сушки, выявлении ВЭР и их использовании в том же самом (регенеративное энергоиспользование) или другом (внешнее энергоиспользование) технологическом процессе. Такой подход позволяет влиять на постоянные затраты первичного топлива.

Выпарные аппараты получили широкое применение для концентрирования растворов солей и нелетучих жидкостей в химической, пищевой промышленности, промышленности минеральных удобрений. Удаление влаги их растворов требует значительных удельных энергетических затрат, связанных с испарением больших масс жидкости. На современных предприятиях выпаривание ведут в многоступенчатых многокорпусных установках непрерывного действия, в которых образующийся над раствором в корпусе вторичный пар используется в последующем корпусе с более низким давлением в качестве греющего или передается внешним потребителям. Раствор перетекает из корпуса в корпус, выпариваясь частично в каждом корпусе до определенной концентрации.

Экономия энергии в выпарных установках может достигаться следующими основными способами:

• Использованием теплоты вторичного пара в следующих ступенях.

• Применением сжатия паров при помощи струйного эжектора или механического компрессора.

• Подогревом раствора, направляемого на выпарку вторичным паром или конденсатом.

• Использование теплоты вторичных энергоресурсов (вторичный пар, конденсат) в теплоснабжении или других технологических установках (внешнее использование теплоты).

13. Применение тепловых насосов для утилизации сбросной теплоты, для теплоснабжения и хладоснабжения

Применение тепловых насосов – один из способов утилизации теплоты вторичных энергетических ресурсов. Тепловые насосы могут использовать как теплоту, выработанную в различных технических устройствах, так и теплоту природных источников – воздуха, воды естественных водоемов, грунта. Главное применение тепловых насосов в настоящее время – нагрев теплоносителя для систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, но их можно использовать и для технологических целей. Применяют парокомпрессионные (наиболее распространены), газокомпрессионные, сорбционные, пароэжекторные, термоэлектрические тепловые насосы. Удельная стоимость тепловых насосов, выпускаемых в России для мощностей 100 кВт … 10 МВт составляет 6000…7000 руб/кВт установленной тепловой мощности, включая монтаж. Характеристики теплового насоса зависят от применяемого рабочего вещества, причем чаще всего применяют различные фреоны (хладоны) – R-22 (разрешено до 2005 г.), R-134a, R-407C, озонобезопасный R-142B.

В промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве в качестве источника теплоты для работы тепловых насосов могут быть использованы следующие виды тепловых вторичных энергетических ресурсов:

• Теплота охлаждающей воды паровых турбин, промышленных печей, компрессорных установок, аппаратов химической технологии.

• Теплота сточных вод различных промышленных и коммунальных предприятий (бани, прачечные, бассейны).

• Теплота продуктов сгорания в котельных установках и промышленных печах, в печах по сжиганию твердых и жидких отходов.

• Теплота продуктов сгорания в газотурбинных установках и дизельных двигателях.

• Теплота водяных паров низкого давления, выбрасываемых в атмосферу (выпар).

• Теплота отработанного сушильного агента в сушильных установках.

• Теплота горячих растворов в выпарных и ректификационных установках.

• Теплота масла, используемого в турбинах электростанций и в электрических трансформаторах.

• Теплота воздуха, уходящего из систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

• Теплота вытяжного воздуха станций метрополитена и воздуха каналов метро.

Для работы тепловых насосов могут быть использованы также следующие природные источники теплоты:

• Теплота наружного воздуха (при положительных температурах).

• Вода естественных и искусственных водоемов (рек, озер, морей).

• Тепло геотермальных источников.

• Теплота грунта, которую получают с помощью специальных трубчатых теплообменников.

• Теплота подземных вод.

• Тепло, получаемое в результате использования солнечной энергии.

Низкопотенциальную теплоту вторичных энергетических ресурсов можно использовать напрямую при помощи теплообменных аппаратов, однако, это далеко не всегда осуществимо на практике. Теплота повышенного потенциала, получаемая в тепловых насосах, имеет более широкие области использования, она может использоваться на отопление, горячее водоснабжение, подогрев технологических газов и жидкостей в аппаратах химической технологии, выпарных, перегонных и ректификационных установках, в процессе варки, при рекомпрессии.

Наиболее целесообразно применять тепловые насосы если:

• Имеется стабильный во времени источник теплоты с температурой 10…50 С.

• Имеется потребитель теплоты с температурой 60…120 С. Во многих случаях именно отсутствие потребителя затрудняет применение ТН.

• Имеется источник недорогой электрической энергии при дефиците тепловой энергии.

• Разница между температурами источника и потребителя невелика, в этом случае тепловой насос имеет наивысший коэффициент преобразования.

• Источник теплоты – горячая вода или конденсирующийся пар или парогазовая смесь (эти теплоносители, в отличие от воздуха имеют высокий коэффициент теплоотдачи, что обеспечивает малые габариты испарителя ТН).

• Необходима одновременная выработка теплоты и холода, например, охлаждение молочных продуктов и отопление цеха.

• В летнее время тепловой насос можно использовать в системе кондиционирования, а в зимнее – в системе отопления.

Также имеются случаи, когда применение тепловых насосов не оправдано:

• В качестве источника теплоты нецелесообразно применять теплоту специально сжигаемого для этих целей топлива, даже если топливо является очень дешевым. Температура дымовых газов и так достаточна, для непосредственного нагрева теплоносителя в котельной установке. При работе же теплового насоса полученная потребителем теплота (без учета потерь) равна сумме теплоты, полученной от дымовых газов плюс работа, затрачиваемая на привод компрессора. В этом случае она производится с КПД гораздо меньше единицы. Тем не менее, теплота продуктов сгорания может быть использована в тепловых насосах, если основная её часть уже затрачена на непосредственный нагрев теплоносителя и продукты сгорания существенно охлаждены.

• Источником теплоты для теплового насоса не следует брать «обратную» воду систем теплоснабжения, отдавшую теплоту в отопительных приборах. Это связано с тем, что вода из системы непосредственно нагревается за счет топлива и потребитель несет двойные затраты: оплачивает стоимость топлива и стоимость энергии на привод компрессора.

• При использовании в качестве источника теплоты воздуха окружающей среды следует иметь в виду, что существует порог температуры кипения рабочего агента и соответствующей температуры наружного воздуха, когда работа теплового насоса становится невозможной. Значение этой температуры определяется типом применяемого рабочего агента и давлением в испарителе. Таким образом, при низких температурах воздуха работа таких тепловых насосов становится сначала неэкономичной (уменьшение коэффициента преобразования), а затем физически невозможной.

Достоинства тепловых насосов широко известны: возможность существенной экономии топлива, экологическая чистота, возможность работы в централизованных и нецентрализованных системах теплоснабжения и т.д. Про недостатки тепловых насосов упоминают реже, поэтому остановимся на них подробнее:

• Источники вторичных энергоресурсов не всегда стабильны во времени и их теплопроизводительность не всегда достаточна для того, чтобы обеспечить теплотой потребителя в холодный период года. Поэтому в системах теплоснабжения для надежной работы кроме теплового насоса необходим дополнительный источник теплоты.

• Шум от компрессоров тепловых насосов затрудняет их примменение в жилых и общественных зданиях, особенно, когда применяются тепловые насосы большой мощности.

• Фреоны, используемые как рабочее тело, достаточно дороги. При разгерметизации контура теплового насоса и при проведении ремонтных работ их приходится менять и потребитель несет дополнительные затраты.

• На настоящий момент стоимость тепловых насосов высока и срок их окупаемости при нынешних ценах на энергоносители (около 280 руб за Гкал теплоты и 93 коп за кВтч электроэнергии) может быть большим.

Список рекомендованной литературы:

1. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях. Справочно-методическое пособие /Под ред. С.К. Сергеева. - Н. Новгород, 2001. – 296 с.

2. Энергоаудит. Сборник методических и научно-практических материалов / Под ред. К.Г. Кожевникова, А.Г. Вакулко. – НП «Энергоресурсосбережение», М.: 1999. – 224 с.

3. Шестаков И.В., Вихарев А.П. Тепловая часть энергетических установок. Учебное пособие. – Горький, изд-во ГГУ, 1990. – 102 с.

4. Сазанов Б.В., Ситас В.И. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий. Учебное пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

5. Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты /Под ред. Л.Н. Сидельковского. – М.: 1989. – 272 с.

6. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности / Семененко Н.А. и др. – Киев: Вища шк.,1979. –296 с.

7. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: Справочное пособие / Под ред. Богуславского Л.Д. и Ливчака В.И. – М: Стройиздат, 1990. – 624 с.

8. Сушон С.П., Завалко А.Г., Минц М.И. Вторичные энергоресурсы промышленности СССР. – М: Энергия, 1978.

9. Рей Д. Экономия энергии в промышленности: Справочное пособие. _ М. Энергоатомиздат, 1983. – 208 с.

10. Энергоаудит промышленных и коммунальных предприятий: Учеб. пособие /Сост. Б.П. Варнавский и др. – 2-е изд., доп. – М.: Изд. Ассоциации энергоменеджеров, 1999, - 214 с.

11. Везиришвилли О.Ш., Меладзе Н.В. Энергосберегающие теплонасосные системы тепло- и хладоснабжения. – М. Изд-во МЭИ, 1994.

12. Хайнрих Г., Найрок Х., Нестлер В. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. – М.: Стройиздат, 1985.

13. Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В. Парокомпрессионные теплонасосные установки. – М.: Энергоатомиздат, 1982.

14. Янтовский Е.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

15. Мезенцев А.П. Основы расчета мероприятий по экономии тепловой энергии и топлива. – Л.: Энергоатомиздат. 1984. – 120 с.

16. Стогней В.Г., Крук А.Т. Экономия теплоэнергетических ресурсов на промышленных предприятиях. – М.: Энергоатомиздат, 1991, - 112 с.

17. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды /Под ред. В.В. Харитонова. – Мн.: Выш. шк., 1988.

18. Вторичные энергетические и сырьевые ресурсы и их использование. Учебное пособие. – Иваново: Изд-во ИГУ. 1985.

19. Карпис Е.Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха. – М.: Стройиздат, 1986.

20. Журналы:

• "Энергосбережение",

• "Энергосбережение и водоподготовка",

• "Промышленная энергетика",

• "Экономия энергии: реферативный сборник",

• "Новости теплоснабжения",

• "Теплоэнергетика" и др.

21. Ключников А.Д. Энергетика теплотехнологии и вопросы энергосбережения. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

22. Кокорин О.Я. Энергосберегающие технологии функционирования систем вентиляции, отопления и кондиционирования (систем ВОК). – М.: Проспект, 1999. – 208 с.

23. Назмеев Ю.Г., Конахина И.А. Организация энерготехнологических комплексов в нефтехимической промышленности. – М.: Изд-во МЭИ, 2001. – 354 с.

24. Ефимов А.Л. Проблемы энергетики и экологии в промышленности. – М.: Изд-во МЭИ, 1999.

25. Аракелов В.Е., Кремер А.И. Методические вопросы экономии энергоресурсов. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

26. Данилов О.Л., Леончик Б.И. Экономия энергии при тепловой сушке. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

27. Бровкин Л.А., Коротин А.Н., Чернов К.В. Вторичные энергетические и сырьевые ресурсы и их использование. Учебное пособие. – Иваново.: Изд-во Ивановского госуниверситета, 1985. – 78 с.

28. Данилов О.Л. Энергосбережение в энергетике и технологиях. Учебное пособие. Часть I. / Под ред. А.Б. Гаряева. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 32 с.

29. Гаряев А.Б., Данилов О.Л., Ефимов А.Л., Яковлев И.В. Энергосбережение в энергетике и технологиях. Энергосбережение в низкотемпературных процессах и технологиях. Учебное пособие. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 48 с.

30. Гаряев А.Б., Данилов О.Л., Шаповалова Г.П., Шувалов С.Ю. Энерго- и ресурсосбережение в теплопередающих и теплоиспользующих установках. Учебное пособие / Под ред. О.Л. Данилова. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 32 с.

1 Для пересчета использовалось соотношение: 1 кал = 4,1868 Дж.