С аккумулированием теплоты. Электрокотельные

Рассмотренные ранее ЭНУ, кроме аккумуляционных установок УАП и САОС, практически работают в режиме свободного элект­ропотребления. Это требует дополнительной мощности энерго­снабжения при их включении и учете этого при расчете сети. В этих условиях более рационально использование ЭНУ с аккуму­лированием теплоты.

Основная идея аккумулирования заключается в том, что, не увеличивая генерируемые мощности, мощности трансформатор­ных подстанций и сечений распределительных сетей системы, можно обеспечить работу электротепловых установок в необходи­мое по технологическим процессам время, запасая теплоту впрок с помощью теплоаккумуляторов. При этом установки могут рабо­тать в ночные часы «провалов» или недогрузки энергосистемы, за-

210

Рис. 2.22. Вентиляционно-отопительная установка ЭОКС-150/0,5И1:

1 — теплоизолирующий кожух; 2 — электронагреватель; 3—теплоаккумулирующий сердечник; 4—электрокалорифер; 5—смесительное устройство; б—вентилятор; 7—электродвигатель;

#— байпасный канал

211

выключается и запасенная теплота отдается воздуху при продува­нии его через каналы тешюаккумулирующего сердечника.

Установленная мощность равна 155 кВт, в том числе: аккуму­лирующего нагревательного устройства — 105 кВт, отопительного электрокалорифера в период разрядки — 45 кВт. Длительность за­рядки составляет 3...6 ч, разрядки — 16 ч; разность температур вхо­дящего и выходящего воздуха — 35 °С.

Система автоматического управления установкой поддержива­ет температуру воздуха в помещении в соответствии с технологи­ческими требованиями, обеспечивает заданные циклы включения и выключения нагревательного устройства, защищает оборудова­ние от перегрузок в случае отклонений в режимах работы.

Мощность нагревательного устройства установки ЭОКС-150/0,5И1

(2.91)

где К₃ — коэффициент, учитывающий тегшопотери установки и запас мощности; Р_р — расчетная мощность отопления, Вт; т_зар и т^, — длительность процессов за­рядки и разрядки, с.

Объем теплоаккумулирующего сердечника, м³,

(2.92)

где (2 — количество теплоты, которую необходимо аккумулировать, Дж, для уста­новок периодического действия (в кормоцехах, доильных блоках и т. п.) количе­ство теплоты 0 = -РрТраз, для установок непрерывного действия (в животноводчес­ких помещениях) С = Д(24-3600 —т_зар); р —плотность материала, кг/м³; С— теплоемкость, Дж/(кг- °С); Т_тш1, Т_т[п — средние (по объему сердечника) темпера­туры в конце процессов зарядки и разрядки, °С; т\ — КПД установки.

С технико-экономической точки зрения время зарядки целесо­образно увеличивать. Недостатки таких теплоаккумулирую-щих установок — большие материалоемкость и габаритные разме­ры, а также значительная установленная мощность нагревателей, в 2,5...4 раза превышающая мощность неаккумулирующих элект­ротепловых установок.

Другой вариант аккумулирования теплоты твердыми материа­лами рассмотрим на примере конструкции небольшого конвекшо-ра-гпеплоаккумулятора КТА-1500, предназначенного для обогрева помещений небольших домов, в том числе жилых. Конвектор-теплоаккумулятор работает по принудительному графику в часы минимальных нагрузок электрических сетей или по свободному графику в автоматическом режиме [1].

Конструкция конвектора-теплоаккумулятора проста и техно­логична. Под общим кожухом с теплоизоляцией размещены три стержня, несущих спирали из нихромовой проволоки, и теплоак-кумулирующий материал — алюминий и магнезит.

212

Установлены заслонки для регулирования воздушных потоков и регулятор температуры. О включении и выключении конвектора сигнализирует лампа или светодиод. Для перемещения КТА-1500 оснащен колесами и ручками. Подключение к сети осуществляет­ся шнуром с вилкой, имеющей зануляющее устройство и рассчи­танной на ток 10 А.

В процессе работы устройства воздух с помощью естественной конвекции попадает снизу конвектора внутрь и проходит по кана­лам вверх вдоль стержней, нагреваясь от нихромовых обмоток. При отключении спиралей воздух получает теплоту от нагретых стержней и блоков из магнезита, «обнимающих» стержни. Для улучшения КПД устройства и снижения его веса используют фа­зовый переход алюминия.

Технические данные КТА-1500: потребляемая мощность — 1500 Вт; напряжение питания — 220 В; тепловая мощность ото­пления в течение суток — 2300 Вт; габаритные размеры — 850 х 450 х 150 мм; масса — 35 кг. Во ВИЭСХ разрабатывается ти-поразмерный ряд КТА мощностью 3000, 4500 и 6000 Вт.

Мощность КТА, Вт, требуемая для аккумулирования необходи­мого количества теплоты, определяется по выражению

где М\, Мъ Мъ — масса стали, алюминия, магнезита соответственно, кг; С\, Сг, С₃— теплоемкость указанных материалов, Дж/(кг-°С); Г_ь 72 — начальные и ко­нечные температуры материалов, °С; д — удельная теплота плавления алюминия, Дж/кг; х — время работы; т] — КПД установки.

Аккумулирование теплоты с помощью воды. Его широко приме­няют, например в электрокотельных (рис. 2.23).

/ — электроводонагреватели; 2, 10— аккумулирующие баки; 3, 7, 9, 15 — циркуляционные и сетевые насосы; 4 — противонакипное магнитное устройство; 5—смесительный вентиль; 6— грязевик-отстойник; 5—электромагнитные вентили; 11, 13 — датчик и регулятор температуры; 12— водоводяной теплообменник; 74 —линия подпитки водой; 16— деаэратор; 17— изолиру­ющая вставка

213

I

В технологических схемах этих котельных вся вода, нагретая | электрокотлами или пароводонагревателями, подается сначала в аккумулирующий бак и затем далее по схеме — на отопление и го­рячее водоснабжение. Включение таких котельных осуществляет­ся, как правило, в провалах графиков электрических нагрузок в ночное и дневное время, и тем самым происходит их выравнива­ние. Это позволяет равномерно загружать сельские электрические сети и не требует значительных затрат на их реконструкцию при использовании электрокотельных.

Мощность нагревателей, кВт, электрокотельной для зарядки аккумулирующей емкости

где р_в —плотность воды, равная 1000 кг/м³; С—удельная теплоемкость теплоно­сителя, равная 4,19 кДж/(кг • °С); Т₂ — температура воды на выходе из котельной, равная 90...95 °С; Г]—начальная температура воды, равная 1О...14°С при откры­том водоразборе, и 70 °С при замкнутой системе работы водонагревателя на акку­мулирующую емкость.

Аккумулирующий бак должен быть хорошо теплоизолирован стекловатой, войлоком, асбестом или другими материалами. Сна-

214

ружи он обшит луженой жестью или другими антикорозийными материалами. Хорошей считают изоляцию, при которой снижение температуры воды в баке составляет от 0,5 до 1 "С в час, удовлетво­рительной — от 1,5 до 3 °С.

Расчеты показывают, что в зависимости от графиков теплопот-ребления объем бака теплоаккумулятора может быть равен 15...60 м³ при мощности котельной Р = 250...500кВт и до 120 м³ при Р > 500 кВт. Для горячего водоснабжения вместимость бака аккумулятора в котельной выбирают в пределах 2,5...4 м³.

Комплекты КОГВ-1000/25 и КОГВ-2500/63. Для создания де­централизованных систем электротеплоснабжения с аккумулиро­ванием теплоты на животноводческих комплексах, фермах и дру­гих сельскохозяйственных предприятиях разработаны и выпуска­ются промышленностью два типоразмера комплектов оборудова­ния для горячего водоснабжения и одновременного обогрева помещений —КОГВ-1000/25 и КОГВ-2500/63. Эти комплекты предназначены для нагрева воды с разовым расходом 1000 и 2500 л в коровниках на 200 и 400 голов (табл. 2.9) и одновременного обо­грева в зимний период подсобных помещений молочного блока. Их используют в технологических процессах, связанных с потреб­лением горячей воды и обогревом помещений в зимний период года [1].

Комплекты состоят (рис. 2.24) из электродного водонагрева­теля 2, бойлера-теплоаккумулятора 1, шкафа управления и ав­томатики 3, расширительного бака 4, подставки под бойлер-теплоаккумулятор 5, набора трубопроводов 6, 7, 9. В комплекте КОГВ-2500/63 имеется циркуляционный насос.

Радиаторы отопления устанавливает в помещениях заказчик. Изолирующие вставки 9 включены как в контур бойлера-теплоак-кумулятора, так и в контур обогрева помещений.

При утечке воды из системы ее пополняют из водопровода в расширительный бак 4 через клапан уровня.

Греющим теплоносителем служит вода с температурой 95 °С, которая поступает из электродного водонагревателя и циркулиру­ет в первичном контуре: водонагреватель — теплообменник — ра­диаторы. Летом контур водонагреватель — радиаторы отключен. В качестве источника теплоты в КОГВ-1000/25 используют электродные водонагреватели ЭВН-10/20-0,4, ЭВН-25 и ЭПЗ-25; в КОГВ-2500/63(100) используют ЭВН-63/0,4, ЭВН-60 и ЭПЗ-100И2. К водопроводной сети бойлер-теплоаккумулятор (БТ) подключают через трубопровод холодной воды с помощью запорного вентиля и обратного клапана. При разборе горячей воды холодная подается под напором по трубопроводу в бойлер. С целью уменьшения потерь БТ покрыт теплоизоляцией.

Для регулирования температуры воды в бойлере и автоматичес­кого управления комплектом (отключение установки при дости­жении номинальной температуры воды в БТ или в помещении и включение ее при снижении температуры) в крышках БТ и ЭВН имеются датчики терморегуляторов ТКП-160Сг, размещенных в шкафу управления ШУА (рис. 2.25). Он обеспечивает следующие режимы работы комплектов: принудительный, свободный, летний и зимний. Комплекты могут работать только на отопление, на го­рячее водоснабжение и на отопление и горячее водоснабжение од­новременно. Предусмотрено ручное управление. В автоматичес­ком режиме КОГВ работают согласно программе, задаваемой реле времени (КТ 2РВМ). Имеется защита от неполнофазного режима работы (реле КЫ...КЬЗ).

При определении потребной мощности водонагревателя, вхо­дящего в КОГВ, необходимо провести расчет общего потребного количества теплоты.

Общий тепловой поток, Вт, необходимый для технологичес­ких нужд и обогрева помещений молочного блока с учетом тепло-потерь

Фобщ = Фг.в + Фот + Фо, (2-98)

где Ф_гв —тепловой поток, расходуемый на горячее водоснабжение, Вт; Ф_от —по­ток теплоты, расходуемый на обогрев помещений, Вт, Ф_о — поток теплоты, расхо­дуемый на потери БТ и трубопроводов, Вт;

где .& —коэффициент запаса, К₃= 1,1...1,3; т|эвн — КПД водонагревателя, т|эвн ⁼ = 0,96...0,98.

Установка КОГВ-ЭС. Она разработана на базе комплекта КОГВ-1000/25 для использования солнечной энергии с электри­ческим дублером и предназначена для горячего водоснабжения коровника на 200 голов с апреля по ноябрь [1]. Гелионагреватель установки (ГН) имеет общую площадь 25 м² и состоит из 30 тер­моизолированных радиаторов типа РСГ2-1-8. Теплоноситель (вода), проходя через ГН, в зависимости от количества поступаю­щей солнечной радиации, нагревается до 10...35 °С. Для аккуму­лирования нагретой жидкости служит бак-накопитель (БН), по­зволяющий Два раза в сутки заполнять бойлер-теплоаккумулятор теплой водой, которая догревается затем до 70 °С и расходуется на технологические нужды. Средняя температура воды, поступа­ющей в БТ, составляет 30...55 °С. Максимальная мощность ге­лиоустановки — 12,5 кВт, КПД — 0,32...0,33. Сокращение расхо­да электрической энергии составляет 40 %, что при нагреве воды на технологические нужды коровника на 200 голов позволяет сэ­кономить около 14 тыс. кВт • ч в 1 год.

Пример 1. Рассчитать параметры и выбрать элементный аккумуляционный во­донагреватель для технологических нужд фермы.

Условие. Число животных на ферме Л^_ж = 100 коров. Норма потребляемой воды на одну голову (на технологические нужды) д_т = 30 л/гол. Плотность воды р= 1 кг/л. Начальная температура воды Г_Н⁼Ю°С, смешанная температура воды

218

Т_ж= 50 °С, конечная температура воды Г_к = 90 °С. Удельная теплоемкость тепло­носителя С = 4190Дж/(кг-°С). Продолжительность нагрева воды электроводо­нагревателем ?_Нагр -'паузы> 'паузы ~ время между операциями (обычно ?_нагр=3...5ч). КПД установки г\ = 0,95, коэффициент запаса ^ = 1,1.

Найти вместимость аккумулирующей емкости К_ак, рассчитать мощность на­гревающей установки Р и выбрать подходящий тип стандартного электронагре­вателя.

Решение. Определяем суточный массовый расход воды для технологических нужд коровника на 100 голов

М_су? = д_т рТУж = 30 • 1 • 100 = 3000 кг.

При частично аккумуляционном режиме определяем расход воды на одну опе­рацию с заданной технологической температурой

Мощность нагревателя в этом случае Р_нагр = 9 % • Р_тк.

Таким образом, мощность нагревателя может изменяться от 9 до 104 % • Р_нт, что должно обеспечиваться соответствующим регулятором.