1  Испаритель; 2 компрессор; 3  конденсатор

Рабочее вещество теплового насоса (рис. 4.23), получив в испарителе теплоту отработанного в сушилке теплоносителя (с температурой 3040С), сжимается компрессором и поступает в конденсатор. Температура рабочего вещества в результате сжатия значительно повышается. В конденсаторе происходит передача теплоты от рабочего вещества наружному воздуху или воде, которые подогреваются до 5060С и могут быть использованы как для технологических целей, так и для воздушного отопления (рис. 4.28, а) или для теплоснабжения (рис. 4.23, б).

На рис. 4.24 показана схема теплового насоса для регенерации теплоты сточных вод. Источником теплоты в них могут быть сточные воды с температурой 1854С. Температура получаемой горячей воды достигает 60104С.

Рис. 4.24. Принципиальная схема теплового насоса

для утилизации теплоты сточных вод:

1  Испаритель; 2  компрессор; 3  конденсатор; 4  дроссель

На рис. 4.25 приведена схема контактного экономайзера, представляющего собой обычный смесительный теплообменник типа градирни, в котором происходит нагрев воды за счет теплоты контактирующих газов с температурой меньше 100С.

Поскольку поверхность контакта капель воды с газом большая, такой теплообменник получается компактнее и дешевле по сравнению с рекуперативным (трубчатым, пластинчатым). Однако вода в нем насыщается вредными веществами, находящимися в дымовых газах, и применение ее может быть ограниченным.

Рис. 4.25. Схема смесительного теплообменника (градирни):

1  Насадка; 2  сепаратор водяных капель; 3  вентилятор

Если загрязнение воды недопустимо, то ставят еще один теплообменник, в котором «грязная» вода отдает теплоту «чистой» и возвращается в контактный экономайзер. Змеевики, по которым циркулирует «чистая» вода, могут быть установлены внутри контактного экономайзера.

Уровень совершенства энерготехнологических схем с применением тех или иных установок для внутренней и внешней утилизации теплоты следует проводить с использованием термоэкономического анализа.

4.7. Экологические аспекты теплотехнологий силикатных материалов

При сжигании органического топлива в топках тепловых установок, рабочем пространстве печей и сушилок с находящимися в них материалами и изделиями образуются и удаляются в атмосферу продукты горения и технологические газы с достаточно большой энтальпией. Основными компонентами отходящих дымовых газов являются N₂, CO₂, H₂O, O₂, SO₂, пыль. Из-за несовершенства процесса сжигания топлива в составе дымовых газов в различных количествах присутствуют СО, углеводороды, бензапирен и др. В связи с тем, что ряд силикатных материалов (стекло, цементный клинкер, фарфоровые изделия, керамическая плитка) требуют высокотемпературной тепловой обработки (13501550С), возникает необходимость в достижении высоких температур горения топлива (15501750С). Это приводит к образованию токсичных оксидов азота NO_х. Кроме того, при высоких температурах тепловой обработки происходит улетучивание из сырьевых материалов соединений различных элементов, в том числе соединений тяжелых металлов Cr, Ni, Pb, Zn, Cd, Cu, Sb, V, Hg и др., которые адсорбируются на пылевидных частицах и в виде аэрозолей выбрасываются в окружающую среду.

Так, например, ориентировочно цементными предприятиями Беларуси в окружающую среду выбрасывается (т/г): пыли  7500; СО₂  1,5 · 10⁶; оксидов азота  1600; СО  1200; тяжелых металлов  30.

Одна туннельная печь для политого обжига фарфора с тепловой мощностью 2 МВт, работающая на природном газе, выбрасывает в атмосферу (т/г): СО₂  3590; Н₂О  2830; SO₂  130.

При варке стекла из стекольной шихты улетучивается (% мас.): Na₂O  36; К₂О  12; В₂О₃  1115, ZnO  4; PbО  1,4 (по отношению к данному оксиду в шихте).

Газопылевые выбросы тепловых установок загрязняют атмосферу вышеуказанными соединениями, из которых наиболее вредными и опасными являются СО₂, СО, SO₂, оксиды азота и пылевые выбросы, обогащенные оксидами тяжелых металлов.

Диоксид углерода газопылевых выбросов увеличивает содержание его в земной атмосфере, накопление которого может привести к парниковому эффекту Земли.

Поскольку основным источником выбросов СО₂ является органическое топливо, то одним из главных путей их сокращения является технологическое энергосбережение.

В связи с подписанием в 2005 г. Республикой Беларусь Киотского протокола об ограничении выбросов СО₂ в атмосферу и возможностью продажи квот на них другим странам, ограничение выделения СО₂ в установках технологии силикатных материалов является весьма актуальным.

Снижение выбросов СО₂ в окружающую среду при обжиге силикатных материалов, получаемых на основе карбонатного сырья (портландцемент, известь, стекло), может быть достигнуто за счет применения различных способов улавливания. Однако известные в настоящее время способы улавливания СО₂ из низкоконцентрированных смесей газов (содержание СО₂ до 20%) являются малоэффективными. Дымовые газы, содержащие СО, SO₂, NO₂, являются опасными из-за их токсичности и вредного воздействия на человека (табл. 4.7).

Таблица 4.4