ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ / Energosberezhenie_2005

240

щью тепловых насосов (ТНУ). На рис. 7.7 приводится схема использования теплоты сжатого воздуха для горячего водоснабжения. Нагретая из ПХВ и КХВ поступает в испаритель И, где охлаждается до исходной температуры, отдавая тепловую энергию на испарение холодоносителя ТНУ – фреона. Давление фреона p1 в испарителе регулируется так, чтобы обеспечить температурный напор в 5..7 °С между водой Tов и кипящим фреоном. Расход фреона определяется количеством тепловой энергии, отводимой от оборотной воды.

Испаренный фреон (см. т. 1 на Ts-диаграмме) поступает в паротурбокомпрессор ПТК где сжимается до давления p2. Это давление устанавливается таким образом, чтобы температура насыщения фреона T2 была на 5..7 °С выше температуры воды в баке-аккумуляторе системы горячего водоснабжения. При сжатии фреон нагревается (т. 2), повышая температуру оборотной воды до уровня, позволяющего передать её в систему ГВ при конденсации фреона (т. 3) во встроенном в бак ГВ теплообменнике. Жидкий фреон «разгружается» от давления p2 до давления p1 в дроссельном клапане Д (т. 4). При этом часть фреона вскипает, ликвидируя перегрев при давлении p1. Чтобы гарантировать необходимый теплоотвод в испарителе, потребуется увеличить расход фреона в системе ТНУ пропорционально доле его вскипания за дроссельным клапаном. Это повлечет за собой перерасход электроэнергии на привод ПТК и снизит коэффициент трансформации тепловой энергии ТНУ.

Чтобы избежать этих потерь, целесообразно охладить фреон перед дроссельным клапаном холодной водой из водопроводной сети, используемой для подпитки ГВС потребителя. Чем глубже удастся охладить фреон, тем эффективней будет работать ТНУ.

Использовать механизм интенсификации теплопереноса между горячими и холодными средами за счет процессов «кипение»- «конденсация» позволяют тепловые трубы. Тепловая труба представляет собой достаточно длинный герметически закрытый сосуд, частично заполненный относительно легкокипящим теплоносителем. Один конец тепловой трубы взаимодействует с источником тепла. У нагретой стенки заполнитель вскипает, обеспечивая надежный теплоотвод. Давление в полости тепловой трубы повышается. Пар конденсируется у холодного конца тепловой трубы, отдавая тепловую энергию, резко снижая занимаемый объем и высвобождая место у холодной поверхности новым порциям горячего пара.

241

Рис. 7.7. Охлаждение воды с использованием теплового насоса: а – схема установки; б – рабочий процесс теплового насоса в Tsдиаграмме; ТК – воздушный турбокомпрессор; М – электродвигатель; ПЧ – частотно-регулируемый привод; ПХВ, КХВ – промежуточный и концевой холодильники воздуха; ПТК – паротурбокомпрессор ТНУ; Д – дроссельный клапан; И – испаритель-охладитель оборотной воды; 1 – насыщенный пар фреона; 2 – перегретый пар фреона; 3 – конденсат фреона при высоком давлении; 4 – пароконденсатная смесь фреона при низком давлении

242

Конденсат самотеком стекает к нагретому концу. Так функционирует механизм естественной циркуляции. В отличие от тепловых насосов у тепловых труб отсутствует необходимость дополнительного агрегата сжатия с внешним подводом электроэнергии. По сравнению с традиционными двухконтурными теплообменными системами с промежуточным теплоносителем отпадает необходимость в установке циркуляционного насоса и громоздких промежуточных теплообменников.

Схема использования тепловой трубы в процессе приготовления концентрированного сока отражена на рис. 7.8. Концентрация продукта широко используется в пищевой промышленности. Обычно используется упаривание пищевых жидкостей в баках при относительно глубоком вакууме, чтобы избежать излишнего нагрева и разрушения питательных соединений в продукте.

Альтернативой этой схеме концентрации является вымораживание избыточной влаги. Такой способ является менее энергозатратным, поскольку теплота плавления (кристаллизации) льда почти в 5 раз ниже теплоты парообразования воды.

На рис. 7.8. изображен бак-концентратор сока К, сквозь полость которого пропущен полый вал, приводимый во вращение с частотой 0,5…5,0 Гц частотно-регулируемым электродвигателем М.

Полый вал представляет собой тепловую трубу. В левую полость трубы поступает жидкий холодоноситель с отрицательной температурой насыщения. Охлаждая стенку вала, он вскипает и движется направо, покидая концентратор.

Концентратор заполняется порцией предварительно охлажденного сока, омывающего вал при вращении. В концентраторе вал снаружи армирован так, чтобы должным образом формировать намораживание и рост ледяного блока. Отбираемая от сокового концентрата теплота отводится в испарителе И теплового насоса, где её потенциал повышается, и используется на производство горячей воды. Эта вода обогревает теплообменную поверхность пищевого реактора, в котором производится предварительная пастеризация сока.

Вымораживание ведется таким образом, чтобы не допустить «запаивания» льдом периферийных полостей, формируемых в ледяном блоке. По мере роста ледяного блока достигается требуемая концентрация сока, концентратор опорожняется, готовый продукт подается на фасовку.

243

Рис. 7.8. Схема производства концентрированного сока:

К – концентратор сока; ТТ – тепловая труба; И – испаритель ТНУ; ПЧ – преобразователь частоты; М – электродвигатель; КР – компрессор ТНУ; ПР – пищевой реактор; ОХ – охладитель сока; МД – механическая дробилка льда

При повышении частоты вращения двигателя обеспечивается сепарация сока из каверн ледяного блока под действием центробежной силы. Предусмотрена возможность «подтаивания» ледяного блока (на схеме не показана) для его отделения от вала и извлечения из концентратора через специальные окна - люки. Чтобы сократить со-

244

вокупные энергозатраты, аккумулированная энергия холода раздробленного льда используется в охладителе ОХ для снижения температуры сока, подаваемого в концентратор.

Рассмотренные схемы утилизации производственных энергетических «отходов» отражают лишь некоторые из возможных вариантов использования ВЭР. При сопоставлении вариантов энергоснабжения принимается во внимание необходимость создания оптимальных условий их реализации; обеспечения одинаковой надежности энергоснабжения; соблюдения санитарно-гигиенических условий производства, организации безопасных условий труда и минимизации загрязнения окружающей среды.

При оценке затрат на энергоснабжение с использованием ВЭР стоимость последних принимается равной нулю. Необходимо учитывать дополнительные затраты на приведение конкурирующих вариантов энергоснабжения к сопоставимому виду. Если количество полученных на данном предприятии ВЭР не может быть полностью использовано из-за отсутствия на нем потребителей, то определение эффективности использования ВЭР должно проводиться на основе разработки вариантов энергоснабжения не только самого рассматриваемого предприятия, но и других потребителей, которые непосредственно к нему тяготеют.

При определении эффективности использования ВЭР необходимо учитывать сопутствующие утилизации изменения самих технологических установок и других смежных систем – водоснабжения, транспорта, складского хозяйства и т. д.

Чтобы верно оценить экономическую эффективность того или иного варианта использования ВЭР, очень важно правильно организовать учет производства и потребления первичных, а также выхода вторичных энергоресурсов.

Ко н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1.Что такое технологический агрегат?

2.Какие энергоресурсы называют вторичными?

3.Что такое регенерация вторичных энергоресурсов?

4.Что такое утилизации вторичных энергоресурсов?

5.Что такое непосредственное использование вторичных энергоресурсов?

245

6.Как определяется потенциал ВЭР различных видов?

7.Что такое выход, располагаемая энергия и выработка за счет ВЭР?

8.Что такое энергобаланс?

9.Как классифицируются энергобалансы?

10.Чем отличаются отчетные и плановые энергобалансы?

11.Чем отличаются синтетические и аналитические энергобалансы?

12.Чем отличаются нормативные и оптимальные энергобалансы?

13.Что такое КПД технологического агрегата?

14.Как классифицируются потери энергии при работе технологического оборудования?

15.Как оценивается экономия энергии при использовании ВЭР различных видов?

16.В чем заключаются причины недостаточного использования ВЭР в промышленности?

17.Как используются вторичные энергоресурсы при производстве чугуна и ферросплавов, стали, кокса, агломератов и огнеупоров?

18.Как используются вторичные энергоресурсы в химической, нефтеперерабатывающей промышленности и газовой промышленности?

19.Как используются вторичные энергоресурсы в машиностроении и производстве стройматериалов?

20.Что такое газовая утилизационная бескомпрессорная турбина?

21.По какой схеме осуществляется перевод паровой котельной в режим мини-ТЭЦ?

22.Как и в каких процессах промышленного производства используются тепловые насосы?

23.Чем отличается тепловой насос от тепловой трубы?

24.Как используется энергия избыточного давления газа в турбодетандерах?

25.Что такое регенерация вторичных энергоресурсов?

26.Что такое утилизации вторичных энергоресурсов?

27.Что такое непосредственное использование вторичных энергоресурсов?

246

ГЛАВА 8

АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧЕТА ЭНЕРГИИ И ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

Для решения задачи энергосбережения необходимо организовать учет производимых и потребляемых энергоресурсов. Учет электрической энергии и топлива традиционно обеспечивался в рамках системы коммерческих расчетов между производителями и потребителями энергоресурсов. Вопросам учета тепловой энергии до настоящего времени должного внимания не уделялось. Контролировались в основном качественные показатели энергоносителей (температура и давление теплоносителей). Определение расходов теплоносителей и учет их количества у производителей и потребителей энергии требовало значительных трудозатрат и выполнялось преимущественно в рамках технического контроля работы отдельных (наиболее ответственных) энергетических объектов. С разработкой средств автоматизации измерения и регистрации как качественных, так и количественных параметров энергоносителей появилась возможность и необходимость комплексного оборудования узлов учета энергии и энергоносителей источников и потребителей тепла. Это создает предпосылки для поэтапного перехода от расчетно-нормативного принципа оплаты за тепловую энергию к оплате за фактически отпущенную (полученную) ее величину.

Узел учета – комплект приборов и устройств, обеспечивающих учет тепловой энергии, массы (объёма) теплоносителя, а также контроль и регистрацию его параметров.

Приборы учета – приборы, которые выполняют одну или несколько функций: измерение, накопление, хранение, отображение информации о количестве тепловой энергии, массе (объеме), температуре, давлении теплоносителя и времени работы приборов.

Водосчетчик – прибор, предназначенный для измерения массы (объема) воды (жидкости), протекающей, в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока.

Тесплосчетчик – прибор или комплект приборов (средство измерения), предназначенный для определения количества тепла и измерения массы и параметров теплоносителя.

248

дяного пара), контроля их параметров; массы (объема), температуры, а также общие технические требования к узлам учета тепловой энергии и теплоносителя. Их требования определяют порядок взаиморасчетов за поставку и потребление тепловой энергии между энергоснабжающими организациями и её потребителями.

Учет и регистрация отпуска и потребления тепловой энергии организуются:

-для осуществления взаимных финансовых расчетов между энергоснабжающими организациями и потребителями тепловой энергии;

-контроля за тепловыми и гидравлическими режимами работы систем теплоснабжения и теплопотребления;

-контроля за рациональным использованием тепловой энергии и теплоносителя;

-документирования параметров теплоносителя: массы (объема), температуры и давления.

Правила устанавливают перечень средств измерений на узлах учета и уровень их технической оснащенности в зависимости от зафиксированной в договоре на поставку тепловой энергии схемы теплоснабжения и тепловой нагрузки. По согласованию с энергоснабжающей организацией потребитель может на узле учета устанавливать дополнительное измерительное оборудование для решения своих технологических задач, если оно не влияет на точность и качество измерений штатных приборов. Показания дополнительных приборов для корректировки результатов коммерческого учета использовать нельзя.

При учете производятся измерения давления p, температуры t(T), энтальпии h, массы m (M, G, D), объёма V, тепловой энергии Q, времени τ. При измерениях следует использовать Международную систему единиц (СИ), однако на практике многие приборы имеют градуировку в системе МКГСС, поэтому при учете тепловой энергии допускается использование двух систем.

Организация учета тепловой энергии зависит от характера использования энергоносителей на объекте учета (производства или потребления тепловой энергии), рода энергоносителя (пар, вода), схемы разбора энергоносителя (открытая, закрытия) и масштабов энергопереноса в системе. Структура учета тепловой энергии при различных схемах энергоснабжения отражена на рис. 8.1.

249

Рис. 8.1. Схема учета тепловой энергии и теплоносителя

Узлы учета тепловой энергии на источниках оборудуются на каждом из их выводов у границы раздела балансовой принадлежности трубопроводов как можно ближе к головным задвижкам. Источниками тепловой энергии могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), районные тепловые станции, котельные. Отборы теплоносителя на собственные нужды источника после узлов учета не допускаются.

Состав и схема размещения приборов на узле учета тепловой энергии в водяной системе теплоснабжения показаны на рис. 8.2.

На каждом узле учета тепловой энергии на источнике должны определяться:

-время работы приборов узла учета;

-отпущенная тепловая энергия;

-масса (объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку системы теплоснабжения;

-масса (объем) теплоносителя, отпущенного и полученного источником тепла соответственно пo подающему и обратному трубопроводам;

-тепловая энергия, отпущенная за каждый час;