5.13. Расчет экономической эффективности утилизации теплоты удаляемого воздуха методом доходности

При возможности утилизации нескольких имеющихся в помещении видов вторичных энергоресурсов (тепловыделений от вырабатываемой продукции, технологического оборудования и др.) выявляют их количество и сопоставляют с потребностью в теплоте на отопительно-вентиляционные и другие нужды. Если количество ВЭР больше потребности в них, то используют те источники, утилизация теплоты которых даст наибольший экономический эффект.

Экономически целесообразные для утилизации источники низкотемпературных ВЭР выявляют путем последовательной оптимизации соответствующего решения, добиваясь наибольшей (практически в заданных условиях возможной) эффективности использования каждого имеющегося источника ВЭР. С этой целью сначала путем упрощенных расчетов определяют возможный экономический эффект от использования рассматриваемого источника ВЭР при различных, по санитарно-гигиеническим условиям допустимых типах теплоутилизаторов (с промежуточным теплоносителем, термосифоны и др.) и выявляют тот тип, при котором эффект будет наибольшим. Затем выявляют наиболее эффективный типоразмер этого утилизатора.

Следующим этапом является ранжирование всех источников ВЭР по величине возможного экономического эффекта от их использования. Заключительным этапом является составление баланса потребности в теплоте и количестве ее, получаемой при утилизации теплоты экономически наиболее целесообразных источников ВЭР. Без учета некоторых, малых по величине слагаемых эксплуатационных затрат, а также считая, что объемы приточного и вытяжной воздуха равны друг другу, сопротивление теплоутилизатора с подводящими воздуховодами по притоку и вытяжке равно 250 Па, КПД вентилятора 0,7 и ρс_р = 1 ,2 Дж/(кг·К), можно определить Эф по формуле, предложенной М.А. Барским:

Э_ф = Y[1,2(t_уд – t_ср.от) · п_раб · Δtс_т · 10^-6 – 2 · 10^-4 п_рабС_Э – а₁(К_т + К_д + К_в) – а₂К_с] –

- μ₁(К_т + К_д + К_в) – μ₂К_с, (83)

где t_уд - температура удаляемого воздуха, °С;

t_ср.от - средняя температура наружного воздуха в течение отопительного периода, °С;

п_раб - суммарная длительность работы установки, ч/год;

- средний коэффициент использования утилизируемой теплоты, учитывающий недоиспользование ее, если t_np или І_пр на выходе из теплоутилизатора выше соответствующих требуемых параметров приточного воздуха (табл. 22);

К_т , К_в , К_д - удельные стоимости теплоутилизатора, дополнительного оборудования (вентиляторов, насосов, средства управления и др.) и воздуховодов, площади здания, необходимой для установки теплоутилизаторов и оборудования, грн. ч/м³;

а₁, а₂ - затраты на ремонты и межремонтное обслуживание теплоутилизатора с оборудованием, а также ремонты площади, на которой они размещены;

Y - коэффициент приведения (табл. 2)

Величины а₁ принимают такими же, как и для систем промышленной вентиляции (0,054 при односменной работе, 0,09 - при двухсменной и 0,126 - при трехсменной работе установки): в среднем а₁ = 0,08. Величины μ₁ и Y принимают в соответствии с установленными сроками смены технологии производственных процессов и сроком службы теплоутилизационной установки; μ₂= 1.

Для определения суммарного количества утилизируемой теплоты необходимо произвести теплотехнический расчет утилизатора с учетом климатических условий местности, типа и конструкции утилизатора, числа смен работы, мероприятий по предотвращению инееобразования и т.д.

Величину Q_ут определяют по формуле

, (84)

где G_H - расход приточного воздуха, кг/ч;

с_рн - удельная теплоемкость приточного воздуха, Дж/(кг К);

t_Н1і, t_Н2і – температура наружного воздуха во входе в утилизатор и на выходе из него, °С;

п_ti - продолжительность стояния i-й температуры наружного воздуха,

п_см - число смен работы предприятия (цеха).

Таблица 22

Значения коэффициентов использования теплоты ВЭР (или Е) в зависимости от температур наружного и удаляемого воздуха и эффективности теплообмена в утилизаторах теплоты

Температура воздуха, °С		Значение при средней температуре наружного воздуха в отопительный период, °С, при =0,4; 0,6; 0,8
		0			-5			-10			-15
приточного	удаляемого	0,4	0,6	0,8	0,4	0,6	0,8	0,4	0,6	0,8	0,4	0,6	0,8
	20	1	0,88	0,67	0,97	0,90	0,76	1	0,93	0,83	1	0,96	0,90
10	30	0,85	0,58	0,54	0,90	0,70	0,55	0,95	0,80	0,63	0,96	0,83	0,71
	40	0,67	0,50	0,40	0,64	0,55	0,45	0,88	0,70	0,55	0,92	0,75	0,58
	20	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
20	30	1	1	0,90	1	1	0,91	1	1	0,93	1	1	0,95
	40	1	0,08	0,63	1	0,90	0,70	1	0,93	0,75	1	0,95	0,80
	20	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
30	30	1	1	0,95	1	1	0,96	1	1	0,98	1	1	1
	40	1	0,90	0,80	1	0,95	0,81	1	0,97	0,87	1	1	0,90

Таблица 23

Укрупненные показатели капитальных затрат К_д на теплоутилизационное оборудование и

занимаемая им площадь F

Оборудование	Расчетные формулы		Область применения
	К т , грн.·ч/м3	F, м2
1	2	3	4
Вращающиеся регенеративные теплоутилизаторы ТП-Э2 РГ	650 + 0,14G	12 + 0,15 G	G=10-80 тыс. м3/ч
Рекуперативные теплоутилизаторы пластинчатые типа ТП-Т2РКтрубчатые типа ТКТ	250 + 0,2 G 250 + 0,12 G	4 + 0,8 G 6 + 0,25 G	G =5-20 тыс. м3/ч G =5-60 тыс. м3/ч
Теплоутилизаторы на базе термосифонов типа ТП-Т1 РК	0,34 G	з - 0,6 G	G =2,5 - 10 тыс. м3/ч
Теплоутилизаторы с промежуточным теплоносителем	0,06 Gn	0,035 G°'5 П	G = 10 - 240 тыс. м3/ч [для каждого потока воздуха при массовой скорости во фронтальном сечении 3.3 кг/(м2·с)]
Водо-водяные теплообменники двух-, трех- и четырехсекционные	40 F
Дополнительное вентиляционное оборудование (без вентиляторного агрегата) и обвязка при использовании регенеративных и рекуперативных теплоутилизаторов	500 + 5 G		G =10 - 125 тыс. м3/ч
То же, с вентиляторным агрегатом	—	1 1 + 0,4 G	G =10 - 125 тыс. м3/ч
То же, с дополнительным радиальным вентиляторным агрегатом	200+ 12 G	2 + 0,25 G	G =10 -125 тыс. м3/ч
То же, с осевым	200+ 12 G	1 +0,1 G	G =10 - 125 тыс. м3/ч
Дополнительное вентиляционное оборудование при термосифонах и системах с промежуточным теплоносителем	170 + 2 G	9 + 0,15 G	G =10 - 125 тыс. м3/ч
Насосные установки для систем с промежуточным теплоносителем, включая обвязку и водо-водяной теплообменник	300 + 35 G ω	6 + 0,0435 G	G =10 - 240тыс. м3/ч
Баки металлические для воды или антифриза	100+40 Vб	—	Vб =1 –2,5 м3
Антифриз (раствор хлористого кальция с ингибиторами коррозии)	40 Vсист	—	Vсист =2 - 30м3
Воздушные фильтры сухие, рулонные и др.	20 G	—	G =10 – 240 тыс. м3/ч
Трубопроводы для воды и промежуточного теплоносителя	0,5 G0,5 l	—	G =10 – 240 тыс. м3/ч
Приборы и средства автоматического управления	200 G0,1	—	—
Воздуховоды из стали:
кровельной	6,2 G0,275 l (0,45 G0,9 l)	—	G =10 – 240 тыс. м3/ч (G =60 – 100 тыс. м3/ч)
оцинкованной	6,7 G0,275 l (0,5 G0,9 l)	—

Продолжение таблицы 23

1	2	3	4
листовой	8 G0,275 l (0,6 G0,9 l)	—

Примечание. G – расход воздуха, м³/ч; п – число рядов теплообменников с промежуточным теплоносителем; F – площадь поверхности нагрева, м; V – объем бака или теплоносителя в системе. Данные со звездочкой – площадь с дополнительным вентиляционным оборудованием, включая обвязку.

Для определения температуры t_Н2 в режиме «сухого» теплообмена вычисляют относительный перепад температур по формулам:

для противотока

; (85)

для прямотока

; (86)

где N_t = kF_y/ω_y

k - коэффициент теплопередачи утилизатора, Вт/^-К);

F - площадь теплообменной поверхности со стороны удаляемого воздуха, м ;

- отношение водяных эквивалентов удаляемого и приточного воздуха;

ω_y = G_yc_ру - водяной эквивалент удаляемого воздуха;

G_у - количество удаляемого воздуха;

с_ру - теплоемкость удаляемого воздуха.

Из выражения

t_H2 = t_H2 + Δ(t_y1 - t_H1) (87)

определяют конечную температуру наружного воздуха после утилизатора.

В результате теплотехнических и аэродинамических экспериментальных исследований теплоутилизатора получены формулы для определения коэффициента теплопередачи, Вт/(м · °С).

k = 4,31(υρ)^0,59 (88)

и для расчета аэродинамического сопротивления, Па:

Δp = 21,66(υρ)^1,33. (89)

Общим недостатком большинства выпускаемых в настоящее время рекуперативных теплоутилизаторов является значительная их металлоемкость в связи, с чем следует разрабатывать такие типы этих аппаратов, которые сочетали бы высокую эффективность действия с простотой и малой металлоемкостью.

К числу таких рекуперативных теплоутилизаторов можно отнести аппарат, разработанный Челябинским политехническим институтом (рис. 14). Он состоит из пакета отдельных деревянных рамок, на которых закреплена гибкая пленка. Такая конструкция утилизатора позволяет быстро заменять отдельные рамки. При повреждении пленки в процессе монтажа или эксплуатации утилизатора.

Для таких эффективных конструкций теплоутилизаторов коэффициент рекуперации Е = следует принимать не менее 0,5 (табл. 22).

Рис. 14. Схема установки пленочного утилизатора: 1 - воздуховод, 2 - центробежный вентилятор; 3 - калорифер, 4, 5, 6,10, 12 - воздуховод, 7 - теплоутилизатор; 8 - конденсатоотводная труба; 9 - конденсатосборный бачок, 11 –вентилятор.

Площадь теплообмена, м², определяется по формуле

, (90)

где 1,2 - коэффициент, учитывающий постепенное загрязнение пленки;

Q_ут - расчетная теплопроизводительность установки, Вт

Все единовременные затраты К_т, К_д, К_в должны быть включены в величину необходимых капитальных вложений К_ут (табл. 23).

Экономическую эффективность мероприятия в действующих предприятиях определяют по формуле (4) или из выражения

, (91)

где Д_ут - доходность мероприятия, % в год,

ΔТ - стоимость сэкономленной теплоты, грн./год;

Эл_ту - стоимость электроэнергии, расходуемой свыше нормы при работе теплоутилизатора;

(Р_к + Р_т)_ту - затраты на капитальный и текущие его ремонты, а также на межремонтное его обслуживание;

А_ту - отчисления на полное восстановление капитальных вложений К_ут;

Став^-t ставка банковского депозита.