Система утилизации тепла когенерационной установки. Бесплатная электроэнергия из бросового тепла - генераторы ORC
ООО «ТМ МАШ» производит системы утилизации (когенерации) тепла дизель-генераторных установок (ДГУ, ДЭС), газопоршневых установок (ГПУ, ГПА, ГПГУ) и газотурбинных установок (ГТД). Система утилизации тепла для газовых или дизельных генераторных станций – комплекс тепломеханического оборудования и устройств, которые позволяют утилизировать тепловую энергию ряда ГПУ или ДГУ, объединять потоки теплоносителя в сборном тепловом пункте и выдавать тепло потребителю.
Фактическая оценка эффективности утилизации тепла: Расчет окупаемости СУТ
—
Основным элементом системы утилизации тепла (СУТ) является тепловой модуль (ТМ), также называемый блоком или модулем утилизации тепла (БУТ). Именно тепловой модуль утилизирует тепло от каждой электростанции, которое объединяется с теплом от других тепловых модулей и через сборный тепловой пункт выдается потребителю. Данная система и является системой утилизации тепла. Объединение СУТ с системой охлаждения ДГУ и ГПУ (радиаторы охлаждения, они же сухие градирни, насосы и прочая обвязка) дает законченную тепломеханическую систему объекта.
Примеры упрощенных тепловых схем:
ТМ позволяет в значительной степени повысить суммарный КПД — коэффициент полезного действия (коэффициент использования топлива) теплоэлектроагрегата, доведя его значение до 85-90%. Таким образом, основной задачей системы утилизации тепла является экономия затрат на выработку тепла, соответственно, внедрение СУТ в полной мере является энергосберегающей технологией. С примером расчета окупаемости системы утилизации тепла можно ознакомиться на этой странице .
Во время работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) тепловая энергия утилизируется в ТМ следующим образом:
- Утилизатор тепла антифриза (УТА) снимает тепло антифриза двигателя – вместо охлаждения антифриза на радиаторе охлаждения (сухая градирня) антифриз отдает свою тепловую энергию на нагрев воды потребителя. УТА представляет собой теплообменник кожухотрубчатого или пластинчатого типа, работающий по схеме «вода/антифриз» либо «антифриз/антифриз» (смотря какой сетевой теплоноситель используется у заказчика).
- Утилизатор тепла дымовых (отходящих) газов (УТГ) снимает тепло с уходящих выхлопных газов двигателя: температура уходящих дымовых газов на выходе из двигателя составляет порядка 450-550 °С, температура газов на выходе из УТГ составляет 120–180 °С. Данное понижение температуры позволяет обеспечить существенный нагрев воды потребителя. УТГ – кожухотрубчатый теплообменник, работающий по схеме «вода/дымовые газы» либо «антифриз/дымовые газы».
Общая величина утилизируемой тепловой энергии сопоставима с вырабатываемой электроэнергией – в среднем на 100% кВт полученной электроэнергии вырабатывается 110%-130% кВт тепла.
В случае, если генератором электрической энергии является турбинная установка, в состав теплового модуля входит только утилизатор тепла дымовых газов. Тепловая мощность УТГ определяется параметрами турбины, но обычно составляет от 120% до 145% от вырабатываемой электрической энергии.
Расчет требуемого расхода сетевого теплоносителя:
Варианты исполнения
Утилизировать тепло можно как отдельно с контуров антифриза либо выхлопных газов, так и с обоих контуров одновременно. Таким образом, получаются следующие варианты исполнения тепловых модулей:
- Тепловой модуль в полной заводской готовности (ТМ) . Состоит из двух утилизационных теплообменников, переключателя потока газов, байпасного трубопровода, трубопроводной обвязки, рамного основания, комплекта КИПиА, шкафа автоматического управления (ШАУ ТМ).
- Тепловой модуль утилизации тепла выхлопных газов (ТМВГ) . Состоит из утилизатора тепла выхлопных газов (УТГ), переключателя потоков газа с электроприводом, рамного основания, байпасной линии газовыхлопа и комплекта КИПиА.
- Тепловой модуль утилизации тепла антифриза (ТМВВ) . Включает в себя утилизатор тепла антифриза (УТА), трубопроводную обвязку, трехходовые клапаны и ШАУ ТМ (при необходимости). В тепловых модулях, утилизирующие тепло по обоим контурам, ТМВГ и ТМВВ могут располагаться как на едино раме, так и раздельно, например ТМВВ внутри контейнера, а ТМВГ на крыше, либо на разных этажах здания энергоцентра. При заказе ТМВГ либо ТМВВ в комплект поставки могут быть включены соответствующие усеченные шкафы управления.
Комплектация
Традиционно тепловой модуль в полной заводской готовности включает в себя:
- Утилизатор тепла выхлопных газов (УТГ)
- Утилизатор тепла антифриза (УТА)
- Трубопроводную обвязку по линии антифриза и сетевой воды
- Байпасный трубопровод с затворами поворотными
Дополнительно в комплект поставки блока утилизации тепла может входить:
- Насосы прокачки антифриза и сетевой воды
- Защитный кожух для установки ТМ на улице / крыше контейнера
- Система утилизации низкопотенциального тепла
- Сетевой теплообменник
Конструктивные особенности и преимущества наших ТМ
- Теплообменные трубки из нержавеющей стали 12х18н10т увеличивают долговечность изделия
- Жаротрубное исполнение котлов-утилизаторов позволяет легко очищать трубки от загрязнения, конструкция жаротрубного теплообменника более компактна.
- Компенсатор на кожухе УТГ защищает теплообменник от повреждений в случае аварийного нарушения условий эксплуатации
- Возможность изготовления утилизаторов выхлопных газов с пониженным уровнем аэродинамического сопротивления (до 2 кПа)
- Кожухотрубное исполнение УТА облегчает его ремонт и очистку в условиях низкой транспортной доступности (нет необходимости заменять прокладки между пластинами)
- На этапе согласования с заказчиком компоновки наших тепловых модулей мы согласовываем монтажные, присоединительные и габаритные параметры тепловых модулей, что обеспечивает удобных подвод сетевой воды, антифриза и дымовых газов
- Тепловые модули изготавливаются на рабочее давление жидких сред – 0,6МПа.
- Все тепловые модули в сборе, а также и по отдельным узлам проходят обязательные гидравлические испытания на нашем производстве. Испытательное давление – 0,8 МПа
- Мы можем изготавливать модули на давление до 4 МПа
- Помощь в проектировании и подборе смежных систем и оборудования
- Гибкий подход к требованиям и пожеланиям заказчика
Система утилизация тепла «ТМ МАШ». Примеры:
ООО «ТМ МАШ» изготовило СУТ практически для всех ДГУ и ГПУ, которые представлены в России. Ниже приведены примеры различных вариантов построения когенерационных модулей:
- Система утилизации тепла для ГПУ Caterpillar G3618B
- Открытого исполнения (располагается внутри отапливаемого помещения);
- Утилизируется вся тепловая мощность (и выхлоп, и охлаждающая жидкость);
- Объект: тепличное хозяйство в Ленобласти;
- Когенератор тепла для ГПУ Caterpillar G3412
- Кожухного (капотного) исполнения (располагается на крыше контейнера);
- Полный тепловой модуль;
- Объект: промышленное производство недалеко от Магнитогорска;
- Утилизатор тепла дымовых газов ДЭС Caterpillar D3516
- Открытого исполнения для расположения в здании электростанции;
- Теплосъем с выхлопа;
- Объект: муниципальная дизельная теплоэлектростанция в пос. Тура (Красноярский край);
- Тепловой модуль утилизации тепла антифриза для ДГУ на базе ДВС Caterpillar C18
- Открытого исполнения для расположения в здании энергоцентра сбоку от ДГУ;
- Утилизация тепла охлаждающей жидкости;
- Объект: муниципальная дизельная теплоэлектростанция на о. Сахалин;
- Особенность: утилизатор тепла антифриза построен на базе пластинчатого теплообменника;
- Когенерационный модуль для газопоршневой установки Cummins 315GFBA
- Открытого исполнения (в каркасе – для расположения внутри помещения на втором этаже);
- Теплосъем только с отходящих дымовых газов;
- Объект: физкультурно-оздоровительный комплекс СПб;
- Утилизатор тепла ГПА Cummins 315GFBA
- Открытого исполнения для расположения внутри помещения рядом с ГПУ;
- Утилизируется тепло с обоих контуров (полный ТМ);
- Объект: промышленное производство в г. Миасс;
- Котел-утилизатор тепла ГПУ Cummins 1750N5C
- Изготавливали только непосредственно котел-утилизатор (УТГ);
- Утилизируется тепло дымовых газов;
- Объект: котельная в г. Сочи;
- Полные тепловые модули для дизель-генераторных установок Cummins KTA 50G3 и KTA 38G5
- Открытого исполнения для расположения внутри помещения рядом с ДГУ;
- Теплосъем с двух контуров (контур выхлопных газов и контур охлаждающей жидкости);
- Объект: муниципальная ТЭС в Якутии (пос. Оленек);
- Особенность: Утилизатор тепла дымовых газов водотрубного типа (стандартный котел-утилизатор производства ТМ МАШ имеет конфигурацию жаротрубного теплообменника), утилизатор тепла антифриза на базе пластинчатого теплообменника;
- Утилизатор тепла дымовых газов ГПУ GE Jenbacher JMS 416
- Открытого исполнения для расположения на опорах над существующим контейнером с ГПУ;
- Теплосъем с выхлопа;
- Объект: логистический терминал в Челябинской области;
- Особенность: Тепловой модуль устанавливался на объекте с существующей блок-контейнерной газопоршневой установкой;
- Открытого исполнения для расположения на крыше помещения над ГПУ;
- Полная утилизация тепла;
- Объект: гостиница и ТРК в Москве;
- Особенность: ГПУ работает на сжиженном газе (СУГ – сжиженный пропан-бутан);
- Когенерация тепла дымовых газов микротурбинной установки Capstone C1000
- Открытого исполнения для расположения внутри помещения рядом с микротурбинным агрегатом;
- Теплосъем с выхлопа (кроме выхлопных газов на турбинах и микротурбинах больше нигде теплосъем не осуществить);
- Объект: торговый комплекс в Магнитогорске;
- Особенность: Утилизатор тепла водотрубного типа (стандартный котел-утилизатор производства ТМ МАШ имеет конфигурацию жаротрубного теплообменника);
- Блоки утилизации тепла для ГПУ Камаз
- Тепловой модуль открытого исполнения на раме для установке в здании;
- Полные тепловые модули;
- Объект: котельная в г. Саратов;
- Утилизатор тепла выхлопных газов и антифриза газопоршневых агрегатов на базе ДВС Daewoo Doosan
- Открытого исполнения для расположения контейнерах с газопоршневыми агрегатами;
- Полная утилизация тепла;
- Объект: автомойка грузовых автомобилей в пос. Синявино (Ленобласть);
- Блок утилизации тепла дымовых газов ДГУ УДМЗ 6ДМ-21ЭЛ-М (Уральский дизель-моторный завод)
- Открытого исполнения для расположения на контейнере;
- Теплосъем с выхлопа;
- Объект: муниципальная ДЭС для крайнего севера;
- Теплоутилизатор дымовых газов ГПУ Arrow (Китай)
- Открытого исполнения для расположения рядом с ГПУ капотного исполнения;
- Теплосъем с выхлопа;
- Объект: таксопарк в г. Курган;
Экология потребления.Технологии: Тепло часто рассматривается как отходы, что заставляет людей задуматься о том, каким же образом это огромное количество бросового тепла может быть преобразовано в источник электроэнергии.
Благодаря быстрой индустриализации, мир увидел развитие целого ряда технологий, которые генерируют бросовое тепло. До сих пор это тепло часто рассматривается как отходы, что заставляет людей задуматься о том, каким же образом это огромное количество бросового тепла может быть преобразовано в источник электроэнергии. Теперь, когда физики в Университете штата Аризона находят новые способы генерации энергии за счет тепла, эта мечта на самом деле становится реальностью.
Исследовательская группа университета штата Аризоны:
Профессор физики Чарльз Стэффорд является руководителем исследовательской группы, и он вместе со своей командой работал над переработкой отходов в энергию. Результат их работы был опубликован в научном журнале ACS Nano.
Ученый и соискатель степени доктора наук в Колледже Оптических Наук Аризоны Джастин Бергфильд разделяет мнение, что "Термоэлектричество может преобразовать тепло непосредственно в электрическую энергию устройством без движущихся частей. Наши коллеги в этой области говорят, что они уверены в том, что устройство, компьютерную модель которого мы разработали, может быть построено с характеристиками, которые мы видим в нашем моделировании ".
Преимущества:
Ликвидация озоноразрушающих материалов: Использование сбросного тепла как форма электроэнергии имеет несколько преимуществ. Нужно принять во внимание, что с одной стороны теоретическая модель молекулярного термоэлектрического устройства поможет в повышении эффективности автомобилей, электростанций, заводов и панелей солнечных батарей, а с другой, что термоэлектрические материалы, такие как хлорфторуглероды (CFC), которые разрушают озоновый слой, устарели.
Более эффективная конструкция:
Руководитель исследовательской группы Чарльз Стэффорд надеется на положительный результат. Он ожидает, что разработанный ими проект термоэлектрического устройства будет лучше в 100 раз предидущих достижений. Если конструкция, которую они с командой сделали, действительно заработает, то сбудется мечта всех тех инженеров, которые хотели генерировать энергию из отходов, но не имели требуемого эффективного и экономичного устройства для этого.
Нет необходимости в механизмах:
Изобретенное Бергфильдом и Стэффордом устройство теплового преобразования не требуют каких-либо машин или озоноразрушающих химических веществ, как это было в случае с холодильниками и паровыми турбинами, которые ранее были использованы для преобразования отходов в электрическую энергию. Теперь же эта работа выполняется прослойкой резиноподобного полимера, что зажат между двумя металлами и действует как электрод. Термоэлектрические устройства являются автономными, не нуждаются в двигательных процессах, просты в изготовлении и обслуживании.
Утилизация отходов энергии:
В основном энергию вырабатывают автомобили и промышленность. Автомобильные и промышленные отходы могут быть использованы для выработки электроэнергии путем покрытия выхлопных труб тонким слоем разработанного материала. Также физики решили воспользоваться законом квантовой физики, который, впрочем, не очень часто используется, но дает отличные результаты, когда речь идет о генерации энергии из отходов.
Преимущества в сравнении с солнечной энергией:
Молекулярные термоэлектрические устройства могут помочь в генерации энергии солнца и уменьшить зависимость от фотоэлементов снизким КПД
Как это работает:
Работая с молекулами и размышляя как их использовать для термоэлектрического устройства Бергфильд и Стэффорд не нашли ничего особенного, пока один студент не обнаружил, что эти молекулы имеют свою специальную функцию. Большое количество молекул было зажато между электродами и подвергались воздействию стимулирующего источника тепла. Поток электронов вдоль молекул был разделен на две части: первая часть потока сталкивалась с бензольным кольцом, а вторая с потоком электронов вдоль каждой следующей ветви кольца.
Схема бензольного кольца была разработана таким образом, что электрон перемещается на большее расстояние по кругу, что является причиной выпадения из кольца двух электронов, достигающих друг друга в фазе на другой стороне бензольного кольца. Волны гасят друг-друга на стыке, а разрыв в потоке электрического заряда вызваный разницей температур создает напряжение между электродами.
Термоэлектрические устройства, разработанные Бергфильдом и Стэффордом могут генерировать мощность, которая зажжет 100 ваттную лампочку или повысить эффективность автомобиля на 25%.опубликовано
Cтраница 1
Утилизация низкотемпературной тепловой энергии в конденсаторах паровых установок и теплообменных аппаратах газовых установок принципиально может рассматриваться как одна из возможных областей применения термоэлектричества.
Утилизация тепловой энергии уходящих газов котельных, дизельных и газотурбинных установок, регенерация тепловой энергии последних, получение нагретой воды в контактных водонагревателях, испарительное охлаждение и гигроскопическое опреснение воды, тепловлажностная обработка воздуха и мокрая очистка газов - вот далеко не полная область применения контактных аппаратов. Это объясняется, во-первых, простотой их конструкции и незначительной металлоемкостью по сравнению с рекуперативными поверхностными теплообменниками, возможностью изготовления из неметаллических материалов; во-вторых - повышением эффективности установок за счет более полного использования тепловой энергии, возможности улучшения параметров термодинамического цикла, регулирования расхода рабочего тела, внутреннего охлаждения или нагревания установки; в-третьих, - возможностью создания новых установок и их технических систем, обеспечивающих сокращение расхода топлива, воды, материалов, увеличение мощности и производительности, улучшение условий труда и уменьшающих загрязнение окружающей среды. Далеко не полностью еще раскрыты возможности использования процессов тепло - и массообмена в контактных аппаратах энергетических и теплоиспользующих установок. Этому способствует существующий чисто эмпирический подход к расчету, не позволяющий выявить внутреннюю связь физических явлений в сложных процессах тепло - и массообмена, отразить эту связь в расчетных зависимостях и использовать в практической деятельности.
Установка предназначена для утилизации тепловой энергии сбросного (отработавшего) пара из автоклавов в действующем производстве силикатного кирпича. Автоклавная обработка кирпича-сырца насыщенным водяным паром является завершающей стадией при изготовлении силикатного кирпича, потребляющей значительное количество энергоресурсов. В связи с этим вопрос обеспечения более полного использования тепловой энергии отработавшего пара после автоклавов и рекуперации образующегося конденсата является актуальной задачей.
Наиболее часто встречающиеся схемы утилизации тепловой энергии отходящих газов поршневых двигателей включают оборудование для производства пара с давлением до 15 кг / см, или горячей воды с температурой до 100 С, или прямое использование тепла отходящих газов в процессах сушки.
Это позволило примерно удвоить утилизацию тепловой энергии и довести ее до 22 млн. Гкал в 1985 г. Реконструкция блоков теплообмена на 12 действующих установках первичной переработки нефти и модернизация технологических печей позволили сэкономить в одиннадцатой пятилетке почти 1 млн. т условного топлива. За счет использования в качестве топлива дополнительного количества нефтезаводского газа, который пока сжигается в факелах, а также внедрения 450 совершенных воздухоподогревательных устройств сэкономлено 0 5 млн. т условного топлива. За годы одиннадцатой пятилетки в отрасли сэкономлено около 900 млн. кВт - ч электроэнергии, 1 8 млн. т условного топлива.
Эти блоки (рис. 3.49) предназначены для утилизации низкопотенциальной тепловой энергии вентиляционных выбросов за счет конвекции в блоках теплоутилизаторов, использующих в качестве теплоносителя водные растворы гликоля и этиленгликоля различных концентраций.
Наряду с преимуществами метод сжигания нефтешламов имеет ряд недостатков, основными из которых являются сложность утилизации тепловой энергии, громоздкость оборудования, загрязнение атмосферы, что не всегда позволяет сделать вывод о нецелесообразности использования данного метода.
Описываемая схема установки использования тепла сбросного пара и рекуперации конденсата позволяет в полном объеме высокоэффективно осуществлять утилизацию тепловой энергии сбросного пара и возвратить образующийся конденсат для повторного его использования как в технологическом процессе, так и в замкнутой системе водоснабжения для получения насыщенного пара на котельной установке.
Ведение технологического процесса на особо сложных установках различных систем для раздельного и одновременного сжигания жидких, твердых и газообразных отходов химических производств, связанных технологически с утилизацией тепловой энергии и работающих на твердом, жидком или газообразном топливе.
Ведение технологического процесса сжигания отходящих газов, природного газа, промышленных стоков, кубовых остатков и твердых отходов в печах сжигания разных конструкций с одновременным руководством аппаратчиками более низкой квалификации, а также обслуживание сложных установок различных систем для сжигания жидких, газообразных или твердых отходов химических производств, не связанных технологически с утилизацией тепловой энергии или химического сырья.
Существует ошибочная точка зрения, что использование низкопотенциального тепла этого источника мало целесообразно. В то же время утилизация тепловой энергии пародистил-лятных фракций позволила бы значительно сократить расход оборотной (или прямоточной) воды, а также уменьшить тепловую мощность печей. Если лишь 50 % тепла, снимаемого в конденсаторах и холодильниках, использовать для предварительного подогрева сырья, то нефть с начальной температурой 10 С можно будет подогревать до 82 С.
Нагрев холодной тюменской нефти, отобранной на головных сооружениях в одном из районов Татарии, и последующее ее-транспортирование в течение 10 - 180 мин. Отсюда следует, что обессоливание тюменской нефти при мягких режимных параметрах может быть осуществлено на пути ее движения к НПЗ и в тех случаях, когда эффект саморазогрева нефти при транспортировании будет устранен, но имеются резервы подлежащей утилизации тепловой энергии.
При этом не только загрязняется воздушная среда, но и не используется образующаяся тепловая энергия. Ряд специалистов считает, что оно может быть оправдано только в том случае, если сочетаются утилизация тепловой энергии и очистка отходящих газов. Такой процесс происходит на мусоросжигательных станциях (заводах), которые имеют паровые или водогрейные котлы со специальными топками. Температура в топке должна быть не менее 1000 С, чтобы сгорели все дурнопахнущие примеси. Однако перед выбросом в атмосферу газы следует очищать, например, с помощью электрических фильтров.
С практической точки зрения следует отметить, что если известна конечная ступень технологии переработки и утилизации ПО, то их следует классифицировать, основываясь в первую очередь на этой технологии. Конечным этапом обезвреживания большинства неутилизируемых городских ПО (исключая особо токсичные, а также инертный строительный мусор и т.п.) в настоящее время является сжигание. Это подтверждается опытом централизованного обезвреживания ПО в таких странах, как Дания, Финляндия, ФРГ, Швеция и др. При такой технологии важно сгруппировать все отходы так, чтобы они органически вливались в ту или иную технологическую цепочку, ведущую к конечной цели - - термическому обезвреживанию отходов с утилизацией тепловой энергии и других полезных продуктов. Исходя из этого нужно выделить горючие и негорючие отходы, внутри которых, в свою очередь, также есть различия в свойствах, фазовом состоянии, способах обработки и т.п. Отдельно следует выделить такие отходы, которые могут взаимно нейтрализовать друг друга или служить, например, реагентами для обработки возникающих сточных вод. Отходы, содержащие в себе особо полезные компоненты, например цветные металлы, должны выделяться и обрабатываться отдельно, чтобы конечный продукт не смешивался с менее ценными шламами. Необходимо определить тепловой баланс между горючими и негорючими отходами, внутреннюю потребность в тепле станции централизованного обезвреживания, необходимость в дополнительном топливе или объем и пути утилизации избыточного тепла. Это должно определять характер анкет или бланков единовременного учета отходов.
Представляем эксклюзивную запатентованную систему утилизации (рекуперации) тепла. Автономное отопление и горячее водоснабжение даром в любое время года!
Трудно представить мир современного человека без электричества, систем водоснабжения, отопления и кондиционирования. Стоимость энергоресурсов непрерывно растет, и все острее встает вопрос их эффективного использования. Технологии утилизации тепловой энергии все чаще применяются на объектах различного назначения: от промышленных производств до помещений общественного пользования. Это обусловлено дефицитом и дороговизной первичных энергоносителей. Холодильные системы зданий, например супермаркетов или крупных хладоцентров, затрачивают большое количество энергии для выработки холода. При этом они также вырабатывают значительное количество тепла. Эта тепловая энергия образуется в процессе конденсации газообразного хладагента. В обычных холодильных установках она отдается окружающему воздуху при помощи конденсаторных блоков и совсем не используется.
Целью создания такой системы было обеспечение 100 % возврата тепла, для нужд отопления и горячего водоснабжения, выделяемого при конденсации паров хладагента, в помещение без негативных последствий для режимов работы холодильного оборудования.
Сегодня на Российском рынке не существует аналогов по цене, производительности, универсальности и удобству использования. Кроме того УТС в разы дешевле существующих аналогов.
Важно отметить, что монтаж УТС очень прост, и его может осуществить любой подрядчик, занимающийся монтажом холодильного оборудования. Более половины монтажей УТС происходили на рабочих объектах и занимали не более 5-10 дней.
Аргументы в пользу системы:
Система доступна по цене! Стоимость ее относительно других решений в два-три раза ниже, учитывая, что она полностью независима — свои контуры, свои теплообменники, своя автоматика. Для среднего магазина с 7-11 единицами холодильного оборудования оценочная стоимость системы «под ключ» равна 400-700 тыс. руб., а окупаемость составит 1,5-2,5 года. Установку УТС может себе позволить практически любой магазин или иной владелец холодильного оборудования.
Эффективность. Система позволяет снимать максимальное количество тепла, ограничиваясь лишь производительностью компрессоров. Если производительности фанкойлов достаточно, в помещение будет поступать 100 % тепла конденсации. Относительно других систем рекуперации эффективность увеличена более чем в два раза.
Возможность работы с любым хладагентом (R22, R404а, R407с, R134а и т.д.) достигается настройками регуляторов давления и прямым съемом тепла.
Универсальность. Систему можно легко внедрять практически на любых холодильных машинах, работающих на фреоне: низкотемпературных, среднетемпературных, кондиционерах, чиллерах и т.д. Ограничений по производительности нет. Совместно с отоплением можно нагревать любую среду, например ГВС.
Система утилизации тепла (УТС) является идеальным решением для торговых площадок с выносным холодом. Большая часть заказчиков после внедрения УТС отказывается от центрального отопления.
Холодный пуск. Грамотное построение системы, настройка автоматики и регуляторов позволяют исключить залегание фреона в конденсаторе и других теплообменниках на линии нагнетания.
Удобство использования и регулирование. Работа системы отопления не зависит от количества функционирующих или простаивающих фанкойлов, каждый фанкойл можно настраивать на собственный температурный режим.
Система утилизации для магазинов с выносным холодом строится следующим образом:
В компрессорной (машинном отделении магазина), рядом с холодильной машиной, устанавливается модуль утилизации. Его функция распределять поток горячего газа между фанкойлами внутри помещения и выносным конденсатором. Поддерживать необходимое давление в холодильных контурах. Простыми словами, если производительности фанкойлов достаточно, то 100% горячего газа будет проходить через их теплообменную часть, если производительности не достаточно (например: несколько фанкойлов выключено или в помещении уже высокая температура) часть тепла от горячего газа будет утилизирована на улицу минуя контур отопления, но ровно столько, сколько необходимо.
В отапливаемом помещении устанавливаются корпусные фанкойлы специального исполнения:
Функция фанклойлов отдавать тепло от горячего газа в помещение. Устанавливаются взамен или совместно с радиаторами центрального отопления. Теплообменник фанкойла выполнен по всем холодильным законам. Специально разработан для горячего газа. Опрессовка теплообменника 35 бар (3,5 мПа). Универсальность. Можно крепить на стену, потолок и даже ложить на торговое оборудование (например на холодильную горку). Фанкойл имеет пульт управления, с помощью которого устанавливается необходимая температура при достижении которой он отключится:
По нашему опыту при запуске системы утилизации в помещении поднимается температура на 10-15 градусов Цельсия. Львиная доля объектов отказываются от центрального отопления. Электрическая завеса на входе + система утилизации дают +22 градуса Цельсия в хорошо утепленном помещении круглогодично. Конечно, многое зависит от соотношения производительности холодильного оборудования к площади помещения, но в любом случае 100% тепла конденсации система утилизации вернет в помещение. На примере рассматриваемого магазина до установки системы утилизации температура в помещении была +9 градусов Цельсия, через 6 часов после запуска +24 градуса Цельсия. Центральное отопление не подключалось.
Срок окупаемости взависмости от сложности и комплектации от 0,5 до 2 лет.
TAS Retail производит комплексное проектирование, поставку и установку систем рекуперации тепла.
Зимы в России суровые, а потому к списку «примет народных» в эпоху индустриализации добавилась еще одна: если дренаж «парит», фланец подтекает, значит, технологические системы работают и не заморожены. Если нет, то, как говорится, «дело - труба» - придется систему отогревать и бороться с обледенением. В текущем столетии доступны куда более эффективные подходы к обеспечению работоспособности теплоэнергетических и технологических систем, но привычка снисходительно относиться к парящим дренажам и подтекающим фланцам осталась.
Между тем, в этом «теплоэнергетическом тумане» бесследно исчезают деньги - те, что были потрачены на выработку тепла. В условиях, когда тарифы на топливо и воду неуклонно растут, такое пренебрежение энергоресурсами - упущенная возможность в борьбе за эффективное производство.
Помимо пара к вторичным ресурсам относятся также и другие среды технологических процессов, такие как паровой конденсат после технологического оборудования и охлаждающая вода. В 8 случаях из 10 в моей практике (НПТ) на предприятиях не используется никак, а только требует дополнительных затрат на утилизацию.
О том, как трансформировать низкопотенциальное тепло в дополнительный источник экономии - эта статья.
Низкопотенциальное тепло: где искать и как использовать
В промышленности к низкопотенциальным обычно относят вторичные энергетические ресурсы, представляющие собой жидкости с температурой менее 100°С и газы с температурой ниже 300°С. На практике за верхний предел температуры для конкретного потребителя можно принять температуру источника, которая позволяет использовать его тепло на полезные цели с помощью простых, давно известных и относительно дешевых устройств - теплообменников. Нижний предел температуры источников НПТ может показаться удивительным, но современные компрессионные тепловые насосы могут извлекать тепло из атмосферного воздуха в зимнее время вплоть до температур -30°С. Совсем не «тепло», но может использоваться для отопления жилых домов и даже промышленных целей (например, отопления удаленных промышленных объектов, имеющих надежное электроснабжение и проблемы с отоплением). Диапазоны температур использования низкопотенциального тепла представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Пример организации схемы ступенчатого снижения давления и использования пара разных параметров.
На промышленном предприятии источники НПТ бывают «обычные», характерные для практически любого производства (теплота промышленных стоков, отработанный пар технологических агрегатов, теплота конденсата пара после технологического оборудования или поступившего в конденсаторы тепловых двигателей с турбоприводом, теплота, которая передается системе оборотного водоснабжения в результате охлаждения оборудования и обычно сбрасывается в атмосферу через градирни или напрямую в пруды-охладители) и «специфические», характерные для предприятий определенной отрасли или региона. Так, для нефтехимических и газоперерабатывающих предприятий, например, характерны потери отходящих дымовых газов технологических печей; отработанного пара от ректификационных колонн, вакуумных систем, нагревателей; и теплоты продуктовых потоков.
Как использовать это тепло? Все зависит от потребностей и задач, которые есть у вас на предприятии. Вариантов много:
- использовать для отопления, подогрева воды для подпитки технологических систем или ее предварительной деаэрации;
- возвращать НПТ в технологический цикл и использовать повторно в технологических процессах;
- использовать для теплоснабжения объектов, удаленных от источников дешевого топлива;
- получать электроэнергию с целью снижения затрат на ее покупку у стороннего поставщика или резервирования питания собственных нужд.
Результаты:
- сокращение затрат на топливо и, соответственно, первичную выработку тепла или электроэнергии;
- снижение затрат на покупку воды для подпитки технологических циклов, ее обработку в системах водоподготовки и подогрев ее до температур, необходимых по технологическим требованиям;
- снижение затрат на подпиточную воду оборотного водоснабжения (испаряется в градирнях);
- снижение выбросов СО 2 и оксидов азота за счет уменьшения количества сжигаемого топлива.
Технические решения
В настоящее время существует несколько принципиальных технологий для .
Теплонасосные установки (ТНУ)
В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы используют для извлечения НПТ тепловые источники более высокого потенциала: горячая вода, пар, отходящие газы, прямое сжигание топлива.
Компрессионные тепловые машины (КТН) в режиме работы те-
пловых насосов (ТНУ)
Рисунок 2. Принцип действия компрессионного ТН
Принцип действия КТН основан на способности низкотемпературного хладагента при кипении в условиях низкого давления отбирать тепло от источника низкотемпературного тепла. Температурный диапазон работы подбирается за счет выбора конкретного рабочего тела и диапазона рабочего давления. Для специальных промышленных установок можно получить максимальные температуры порядка 120÷140°С с использованием «каскадных» схем подключения и соответствующих хладагентов. Отдельное перспективное направление - высокотемпературные ТНУ с использованием СО 2 с закритическими параметрами.
Абсорбционные тепловые машины в режиме работы тепловых насосов (АБТН)
Принцип действия АБТН основан на способности раствора абсорбента поглощать водяные пары, имеющие более низкую температуру, чем раствор.
Наибольшее распространение получили абсорбционные тепловые машины, в качестве абсорбента использующие раствор бромида лития (LiBr). Установки обеспечивают нагрев воды до температур 60-90°С.
Такие установки могут использоваться в режиме холодильной машины (АБХМ), обеспечивая охлаждение воды (например, технологической) до температур 5-15°С независимо от температуры окружающей среды.
Рисунок 3. Принцип действия АБТМ
Установки с использованием ORC-цикла для получения электроэнергии
Главная отличительная особенность установок на базе органического цикла Ренкина (ORC) - применение органического рабочего вещества вместо водяного пара. Это повышает общий КПД теплового цикла на малых мощностях и при низкой температуре источника тепла по сравнению с классическим паровым циклом, так как температура кипения органического вещества меньше, чем у воды, а с другой стороны - ограничивает их использование на средних и больших мощностях.
Интерес к установкам с ORC значительно усилился с развитием энергетических источников на нетрадиционных видах топлива (отходы деревообработки, биотопливо), так как при их сжигании трудно обеспечить параметры теплоносителя на выходе установки, позволяющие эффективно использовать обычный пароводяной цикл.
Диаграмма 1 . Область эффективного применения установок с ORC-циклом
В настоящее время в рамках повышения энергоэффективности предприятий нефтехимической промышленности и других, применяющих в технологиях пар разных параметров, производится модернизация с заменой редукционно-охладительных установок (РОУ) на противодавленческие турбины. В качестве нижнего предела редуцирования при этом используется пар с давлением, пригодным для целей теплоснабжения. Однако потребление тепловой энергии на отопление носит сезонный характер и ограничивает возможности выработки электроэнергии турбин с противодавлением, снижая и экономическую эффективность. Применение ORC-установок позволило бы уйти от сезонной неравномерности и служить дополнительной поддержкой электропитания собственных нужд.
В последнее время указанные выше технологии все чаще используются в различных сочетаниях между собой. Например, когенерация - соединение установок выработки электроэнергии, в том числе с ORC-циклом, и оборудования для получения тепловой энергии нужных для потребителя параметров за счет утилизации низкопотенциального тепла .
Если тепловая машина в составе автономной установки электроснабжения спроектирована для работы как в режиме теплового насоса, так и в режиме «холодильника» - система генерации электроэнергии преобразуется в систему тригенерации с получением дешевой электрической энергии, тепловой энергии, а также холода.
Системы сбора и возврата конденсата на производственных предприятиях
Тепловая энергия, содержащаяся в конденсате пара после его использования в технологических цепочках предприятия должна максимально возвращаться для последующего использования. При этом сам конденсат - отличный источник для подпитки паровых технологических контуров энергопроизводящих установок, снижающий необходимость подготовки дополнительной воды.
Основные задачи при проектировании и эксплуатации систем утилизации низкопотенциального тепла
Увязать между собой имеющиеся источники НПТ и потребителей, варианты их использования с учетом потребностей на конкретном предприятии, обеспечив при этом экономическую эффективность проекта - сложная инженерная задача. Для ее решения разработка системы утилизации должна включать следующие этапы:
- проведение предпроектного обследования энергетической системы (сбор данных и составление энергетических балансов, инструментальное обследование),
- моделирование технологических процессов установок, эксплуатация которых приводит к максимальным энергетическим потерям (математическое моделирование, пинч-анализ),
- анализ ресурсных ограничений при использовании НПТ, разработка вариантов и выбор оптимальных решений,
- анализ экономических ограничений при использовании НПТ в условиях данного предприятия и разработка ТЭО.
Специфика проектирования и эксплуатационные особенности систем утилизации НПТ заключаются в том, что практические все они используют в своей работе низкокипящие хладагенты, т.е. фактически «холодильные» технологии. Неслучайно вопросы безопасности тепловых насосов включены в единый ГОСТ с холодильными машинами (ГОСТ EN 378-1-2014 Системы холодильные и тепловые насосы. Требования безопасности и охраны окружающей среды. Части 1-4). Опыт эксплуатации подобных технологий в России существенен.
Будущее технологии в России
Эффективность технологий утилизации низкопотенциального тепла не вызывает вопросов, поэтому они с каждым годом они все шире применяются во всем мире. Причины медленного внедрения их в России - экономические. Низкая стоимость энергоносителей и относительно высокая стоимость импортного оборудования обуславливают высокие сроки окупаемости «стандартных» проектов.
Однако практика показывает, что эффективная экономика проекта - это всегда вопрос индивидуального подхода и ответственного отношения исполнителя к проектированию системы и подбору оптимального оборудования и комплектующих. К тому же, сроки окупаемости сегодня рассчитываются исходя из действующих тарифов на энергоносители, тогда как грядущая либерализация тарифов на тепловую энергию, скорее всего, приведет к резкому росту энергетической составляющей в затратах предприятий.
Меньше других эта ситуация затронет те компании, которые уже сейчас начинают оптимизировать энергозатраты, в частности, благодаря повторному использованию низкопотенциального тепла.
Игорь Соколов
Ведущий эксперт компании «Первый инженер»