Тема 12.Энергия тепловых выбросов

К этой категории относятся непроизводительные затраты теплоты, возника­ющие в системах отопления и других системах энергоснабжения зданий, а также затраты, сопутствующие различным технологическим процессам. Тепловые вы­бросы отрицательно сказываются на экономике, увеличивая общие энергозат­раты антропогенных систем, а также наносят вред внешней экологической си­стеме в виде тепловых и других сопутствующих загрязнений окружающей среды.

Классификация энергии тепловых выбросов возможна по отраслевой при­надлежности, т. е. виду процесса, порождающего тепловые потери, типу тепло-рассеивающей среды, оптимальным методам повышения экономичности за счет снижения потерь при утилизации энергии и по другим критериям.

По отраслевой принадлежности можно выделить следующие тепловые выбросы:

жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий и сооружений, сопут­ствующие работе систем отопления, вентиляции, кондиционирования, горячего водоснабжения, биологическим тепловыделениям и различного рода бытовым и технологическим процессам, не связанным с работой промышленных печей и аналогичных тепловых агрегатов;

плавильных печей, химических реакторов, автоклавов и других тепловых агрегатов перерабатывающих и обрабатывающих отраслей промышленности с интенсивными тепловыми процессами;

градирен, брызгальных бассейнов и других укрупненных централизованных теплообменных агрегатов на промышленных предприятиях;

систем водяного охлаждения энергетических централей — ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, СЭС или ВЭС;

систем охлаждения ЭВМ и других электронных агрегатов и устройств;

систем активной солнцезащиты зданий, сооружений и мобильных установок;

остывающей продукции всех отраслей промышленности, связанных с тепло­вой обработкой материалов или изделий;

от сжигания сопутствующего сырья или отходов производства в добываю­щих отраслях промышленности (газовой, нефтяной, лесной, торфяной) и отхо­дов сельскохозяйственного производства;

от саморазогрева или самовозгорания отходов горнодобывающей (уголь­ной) и других отраслей промышленности;

технологических жидких и газообразных отходов, удаляемых через системы канализации и вытяжной вентиляции;

остаточного разогрева отработанных нефтяных скважин;

подземных и других видов взрывов, осуществляемых в замкнутом объеме;

систем охлаждения генераторов энергии;

систем охлаждения и удаления отработанного вещества из двигателей ста­ционарных установок и транспортных средств;

то же, испытательных стендов авиационных, ракетных и других двигателей, ускорителей и пусковых агрегатов;

теплообменных агрегатов холодильных установок с закрытой циркуляцией теплоносителя;

других систем охлаждения промышленных и иных агрегатов с экзотерми­ческими технологическими процессами.

По виду процесса, порождающего тепловые потери, можно выделить:

высокотемпературные излучения при термоядерных процессах (управляемые реакции синтеза легких элементов и деления тяжелых);

высокотемпературные излучения и инфракрасные излучения факелов, топок, прожекторов, мощных ламп накаливания и аналогичных источников;

испарение и комплекс сопутствующих процессов тепломассопереноса с от­крытой поверхности кипящих сред, при разливе и открытой транспортировке металлов, неметаллических композиций (в том числе органических), кипящих жидкостей, псевдоожиженных композиций, сыпучих или гранулированных ма­териалов;

удаление в атмосферу газообразных продуктов горения с высокой энталь­пией;

удаление нагретых отработанных сточных вод в систему внешней канализа­ции;

остывание нагретой продукции на открытом воздухе;

теплопередачу во внешнее окружающее пространство через ограждающие конструкции;

вынос теплого воздуха помещений в окружающее пространство через каналы вытяжной вентиляции либо в результате эксфильтрации;

фазовые превращения теплоносителя в аккумуляторах тепловой энергии и теплообменных устройствах.

По типу теплорассеивающих сред различаются:

примыкающие к источнику тепловыделений или находящиеся в окрестностях (в зоне прямой видимости) конструктивные элементы тепловыделяющего и дру­гих агрегатов, а также конструкции здания или сооружения, в котором распо­ложен источник;

окружающая атмосфера;

примыкающие к источнику тепловыделений бассейны, отстойники, шламо-накопители с водой или другими жидкостями, суспензиями, взвесями, водона-сыщенными композициями;

грунтовой или иной литосферный массив основания, обваловки или иного примыкания к источнику тепловыделений или объекту, в котором он распо­ложен;

вакуум;

защитное силовое поле.

По методам повышения экономичности за счет снижения потерь или утили­зации энергии тепловых выбросов перечисленные выше источники необходимо подразделить на две группы:

группа А, для которой тепловые потери вредны, снижают эффективность и экономичность технологического процесса (собственно процессы плавки, вар­ки, горения или транспортировки теплоносителя с заданными параметрами). Для этой группы основные конструктивные или технологические мероприятия должны быть направлены в первую очередь на снижение тепловых потерь и лишь частично — на утилизацию их неустранимой составляющей;

группа Б, для которой удаление и отбор теплоты от источника тепловыделе­ний безвредны, полезны или необходимы (процессы остывания готовой продук­ции, отбора теплоты уходящих газов или отработанных жидкостей, охлаждения радиаторов теплообменников или защиты зданий от перегрева). Для этой груп­пы основные мероприятия должны быть направлены на утилизацию теплоты и возвращение ее в актив теплового баланса основного, смежных или других объектов.

Основу методов снижения энергетических потерь тепловых выбросов со­ставляют следующие мероприятия:

повышение компактности тепловых агрегатов и их блокировка, сокращение протяженности коммуникаций теплоносителя;

концентрация каналов теплоносителя и их объединение в пакеты, одно­родные по тепловому режиму;

повышение тепловой защиты тепловыделяющего объекта, переходных зон, технологических, смотровых и иных проемов, вводов, иллюминаторов и анало­гичных элементов;

изоляция от других объектов с повышенной теплоемкостью, теплопровод­ностью и низким собственным тепловым потенциалом, находящихся в контакте с неограниченной теплорассеивающей средой (атмо-, гидро- или литосферой).

Возможные методы утилизации энергии тепловых выбросов в системах энер­гоактивных зданий могут быть систематизированы следующим образом:

размещение на пути уходящей теплоты экранирующего элемента, снабжен­ного теплообменником и наглухо перекрывающего тепловой поток;

размещение теплообменника в виде системы обтекаемых элементов в пото­ке теплоносителя с повышенным или пониженным содержанием теплоты;

размещение в стенках или в толще ограждений канала, по которому удаляют в окружающую среду теплоноситель (газ, жидкость), в том числе с невысокой энтальпией, элементов теплообменника в виде выступающих в канал и турбули-зирующих поток ребер;

использование теплоты, уходящей от ограждений печей или конвейеров термической обработки продукции, для тепловой доводки, например сушки сырья и полуфабрикатов данного или скооперированного производства;

интенсифицированный обдув горячей продукции (слитки металла, прокат, поковки, керамзитовый гравий) воздухом, направляемым затем в систему обо­грева наружных ограждений смежного здания либо пропускаемым через тепло­обменник подогревателя технологической воды (аккумулятор теплоты);

зигзагообразная в плане или по высоте компоновка конвейеров термической

обработки дискретной продукции или пакетная блокировка в трех измерениях линейных конвейеров с непрерывной подачей продукции, не допускающей раз­воротов или изгибов, (например, непрерывная прокатка стеклокристаллических материалов);

размещение конвейеров термической обработки или других протяженных тепловыделяющих технических агрегатов тоннельного типа непосредственно под ограждениями смежного производственного или иного обитаемого блока отап­ливаемого здания или в контакте с ними;

прямое или осуществляемое через контактный разделительный элемент пле­ночного типа охлаждение горячей продукции или полуфабрикатов потоками жидкости (преимущественно воды), направляемой после нагрева в утилизатор теплоты, либо размещение на необходимый период готовой продукции в жидкой теплоотбирающей среде емкости утилизатора теплоты;

пропуск через дискретную массу полуфабрикатов (например, необожжен­ный керамзитовый гравий) раскаленных газов из дымовой трубы скоопериро­ванного производственного предприятия с целью сушки и повышения энтальпии полуфабрикатов перед основной операцией обжига.

Основным принципом утилизации энергии тепловых выбросов следует считать отбор уходящей теплоты и ее кратчайшую передачу смежному потребителю — системам отопления здания и подогрева вентиляционного воздуха и воды — или включение ее в актив теплового баланса скооперированного здания, блока или технологического агрегата, нуждающихся в теплоте, соответствующего потенциала, без коррекции тепловых параметров или с промежуточным повыше­нием энтальпии, осуществляемым через тепловой насос.