К низкопотенциальным источникам ВЭР относят различные виды тепловых ВЭР от теплотехнологических аппаратов с температурой менее 3000С (охлаждающая вода от различных печей, влажный воздух от сушильных установок, водяной пар вторичного вскипания, теплота конденсата греющего пара, теплота «мятого» пара от силовых установок и т. д.).
Низкопотенциальные тепловые ВЭР могут быть использованы в самых разнообразных технологических процессах, а также для теплоснабжения, системах вентиляции, горячего водоснабжения.
Утилизация теплоты низкопотенциальных ВЭР возможна двумя путями: первый предусматривает трансформацию тепла от более высокого уровня теплоносителя ВЭР к более низкому температурному уровню потребителя; второй — трансформация тепла от источника ВЭР с более низкой температурой к более высокому уровню температуры у потребителя [1].
Первый путь реализуется при помощи теплообменников рекуперативного, регенеративного или смесительного типа, второй основывается на использовании тепловых насосов.
Ниже приведены примеры экономии тепловой энергии за счет использования низкопотенциальной тепловой энергии.
Предусмотрено использование тепловой энергии охлаждающей воды с температурой 28...35°С от технологического оборудования для подогрева в специальном агрегате наружного воздуха, поступающего в приточные камеры отопительно-вентиляционных систем.
Отопительно-вентиляционный агрегат (рис. 1) состоит из калорифера 1, насадочной контактной камеры, разделенной на ступени промежуточного 2 и предварительно 3 нагрева, водораспределителя 5, установленного между ступенями 2 и 3. Агрегат имеет систему защиты от обмерзания, состоящую из обогреваемой опорной решетки 6, насадки ступени 3, греющей рубашки 7 нижней части ступени 3, каплеуловителя 8, поддона 9, вентилятора с электродвигателем 10, промежуточного поверхностного теплообменника 11, циркуляционного насоса 12 с регулировочным клапаном 13 для подачи воды в градирню.
Отопительно-вентиляционный агрегат работает следующим образом.
Наружный воздух с отрицательной температурой подается вентилятором 10 под насадку ступени 3 предварительного нагрева. В насадке воздух контактирует с водой, подаваемой через дополнительный водораспределитель 5, и водой, стекающей с насадки 2 промежуточного нагрева. Нагревание и увлажнение происходят в насадке ступени 2 промежуточного нагрева при контактировании с водой, подаваемой через водораспределитель 4. После прохождения через каплеуловитель 8 воздух подогревается до требуемой температуры в калорифере 1 и подается в систему приточной вентиляции.
Рис. 1. Принципиальная схема отопительно-вентиляционного агрегата: 1 — калорифер; 2 — ступень промежуточного нагрева; 3 — ступень предварительного нагрева: 4 — водораспределитель; 5 — дополнительный водораспределитель; 6 — опорная решетка; 7 — греющая рубашка; 8-каплеуловитель; 9 — поддон; 10 — вентилятор с электродвигателем; 11- теплообменник; 12 — насос; 13 — клапан; I-линия оборотной воды от оборудования; II- линии высокотемпературного теплоносителя (горячая вода из теплосети); III — линия обратной воды в теплосеть; IV- линия волы на градирню; V — линия холодного воздуха; VI — линия нагретого воздуха.
Нагретая охлаждающая вода, поступающая из производственных цехов от охлаждения оборудования, разделяется на два потока: первый поступает в водораспределитель 5, и отдавая тепло холодному воздуху в насадке 3, стекает в поддон 9, а второй — направляется в теплообменник 11, где подогревается обратной водой и направляется в водораспределитель 4.
Вода из поддона насосом 12 направляется по обратному трубопроводу в градирню.
Высокотемпературный теплоноситель из подающей магистрали системы теплоснабжения последовательно проходит калорифер 1 и промежуточный поверхностный теплообменник 11 циркуляционного контура агрегата и при 20...30°С поступает в обратную магистраль системы теплоснабжения.
Годовая экономия от его использования составляет 14 тыс. ГДж тепловой и 66 тыс. кВт×ч электрической энергии. Срок окупаемости затрат — 2 года. Применяется на предприятиях машиностроения и других отраслей промышленности.
Теплоснабжение одного из цехов предприятий осуществляется от котельной, в которой установлены три паровых котла МЗК-7 производительностью 1 т/ч каждый. Котлы оснащены горелочными устройствами для работы на природном газе низкого давления (резервное топливо — мазут). Конструкция котлов предусматривает их работу под наддувом, осуществляемым индивидуальными дутьевыми вентиляторами. Удаление продуктов сгорания из котлов производится за счет давления наддува через индивидуальные металлические дымовые трубы.
С целью использования тепловой энергии уходящих газов для нужд горячего водоснабжения и нагрева воды для котельной была спроектирована и смонтирована за одним из котлов теплоутилизационная установка с контактным экономайзером (рис. 1), расположенным над котлом на отметке 3 м. Для подачи газов через экономайзер на выходе их установлен отсасывающий вентилятор Ц13–50 № 3 (n=1440 об/мин). Предусмотрена возможность работы котла как с утилизационной установкой, так и без нее(с помощью переключающих заслонок). При отключенном экономайзере заслонка 3 закрыта, а заслонка 2 открыта. При подключении экономайзера заслонка 2 закрывается, открывается заслонка 3, включается отсасывающий вентилятор 5, и газы из котла 1 направляются в экономайзер 4.
Рис. 1. Теплоутилизационная установка с контактным экономайзером: 1 — котел; 2, 3 — заслонки; 4 — экономайзер; 5 — вентилятор: 6 — бак; 7 — насос; 8 — теплообменник; 9 — пароводяной бойлер; 10 — регулирующий клапан; 11 — бак горячей воды; 12 — насос; 13 — душевые
Установка работает следующим образом. Уходящие газы из котла 1 поступают в нижнюю зону экономайзера 4, проходят через слой насадки и выбрасываются в дымовую трубу. Подлежащая нагреву вода из оросителя струями подается на слой насадки, стекает в поддон, из которого по переточной трубе сливается в промежуточный бак б, оттуда циркуляционным насосом 7 направляется в водо-водяной теплообменник 8, затем охлажденная вода через ороситель поступает в экономайзер. Холодная вода из водопровода направляется в теплообменник 8, нагревается в нем и сливается в бак горячей воды 11. Отсюда нагретая вода насосом 12 направляется в душевые 13.
Испытания показали, что при использовании контактного экономайзера КПД МЗК-7 увеличился с 82 до 93 % (по высшей теплоте сгорания топлива). Наряду с этим был выявлен и существенный недостаток установки. При эксплуатации наблюдались крайне низкие скорости движения нагреваемой воды в трубках (0,05...0,09 м/с) и особенно греющей воды в межтрубном пространстве (0,01...0,014 м/с).
В связи с указанным недостатком теплоутилизационная установка была оборудована секционными водо-водяными теплообменниками с требуемыми характеристиками: диаметр трубок секций 57/50 мм, длина -4 м, площадь поверхности нагрева секций -0,75 м, число секций — 7.
Согласно новой схеме предусмотрен двухступенчатый нагрев водопроводной воды в водо-водяных теплообменниках 8 и пароводяном бойлере 9. При испытании модернизированной схемы было установлено, что в водо-водяных теплообменниках водопроводная вода в количестве 2,4 м/ч нагревалась до 44...45°С, КПД установки составил 95 % (по высшей теплоте сгорания топлива). Догрев воды до более высокой температуры (50...60°С) должен производиться в пароводяном бойлере. Изменение подачи пара на бойлер производится регулирующим клапаном 10 по импульсному сигналу о температуре воды в баке-аккумуляторе. Для производственных душевых нормативная температура воды составляет 37°С, т. е. достаточен нагрев воды только в водо-водяных теплообменниках. Если же требуется более горячая вода, то после водо-водяных теплообменников ее следует догревать в пароводяном бойлере. Так, в случае нагрева воды до 50°С на пар приходится небольшая часть полезной теплопроизводительности.
Литература:
1. Ольшанский, А. И. Основы энергосбережения. — Витебск, 2007. — 223 с.
