Схема подогрева обратной воды, предварительно охлажденной в водоводяном теплообменнике 5, представлена на рис. 9, б. В этом случае тепловой эффект ниже, чем в случае подогрева воды на горячее водоснабжение, так как температура обратной воды выше, что снижает конденсационный эффект.
Горьковский ГНИСантехпроект рекомендует для утилизации теплоты уходящих газов использовать рекуперативные теплоутилизаторы типа ТП-Т1РК. В котельных малой мощности, работающих на природном газе, теплоту дымовых газов рекомендуется использовать на нагрев исходной воды при наличии централизованного горячего водоснабжения, на подогрев обратной сетевой воды - в случае отсутствия централизованного горячего водоснабжения.
При сбрасывании кислого конденсата в канализацию необходимо предусмотреть меры по его нейтрализации или разбавлению для предотвращения коррозии канализационных трубопроводов.
Рис. 9. Схема подогрева:
а - воды для системы горячего водоснабжения; б - обратной воды; 1 - котел; 2 - калориферы-утилизаторы; 3 - теплообменник догрева воды; 4 - бак системы горячего водоснабжения; 5 - теплообменник подогрева воды
Таблица 10
Технические характеристики рекуперативных теплоутилизаторов для систем с промежуточным теплоносителем
|
Показатель |
Типоразмер |
|||||
|
|
ТП05-Т1РК03 |
ТП05-Т1РК04 |
ТП16-Т1РК03 |
ТП16-Т1РК04 |
ТП25-Т1РК03 |
ТП25-Т1РК04 |
|
Производительность по воздуху, тыс. м3/ч |
5 |
5 |
16 |
16 |
25 |
25 |
|
Число ходов по воздуху |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
|
Площадь теплообменной поверхности, м2 |
23,45 |
30,82 |
68,01 |
90,04 |
102,5 |
136,02 |
|
Площадь фронтального сечения, м2 |
0,585 |
0,585 |
1,668 |
1,668 |
2,499 |
2,499 |
|
Число ходов по теплоносителю |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
Площадь сечения хода, м2 |
0,00261 |
0,00348 |
0,00522 |
0,00696 |
0,00783 |
0,01044 |
|
Площадь сечения коллектора, м2 |
0,0031 |
0,0036 |
0,0031 |
0,0036 |
0,0031 |
0,0036 |
|
Площадь сечения патрубка, м2 |
0,00221 |
0,00358 |
0,00358 |
0,00521 |
0,00521 |
0,00521 |
|
Масса, кг |
76,3 |
98,3 |
195,3 |
251 |
286 |
370 |
|
Габариты, мм: |
|
|
|
|
|
|
|
длина |
1227 |
1227 |
1727 |
1727 |
1727 |
1727 |
|
ширина |
180 |
180 |
180 |
180 |
180 |
180 |
|
высота |
575 |
575 |
1075 |
1075 |
1575 |
1575 |
Применение конденсационных утилизаторов теплоты для котельных позволяет повысить КПД котельных на 6-8 %, снизить себестоимость тепловой энергии на 9-11 %.
Расчеты годовой экономической эффективности для водогрейных котлов КВГМ приведены в табл. 11. В основу расчета положены условия, для которых рассчитывались данные для теплообменников КТАН (см. табл. 7).
Таблица 11
Расчетная годовая экономическая эффективность установки калориферов КСК
|
Тип котлоагрегата |
Капитальные вложения, тыс. руб. |
Годовая экономия условного топлива, т у.т/год |
Годовая выработка теплоты за счет утилизации, ГДж (Гкал) |
Годовая потребность в электроэнергии, кВт · ч |
Экономия топлива, тыс. руб. |
Годовые эксплуатационные расходы, руб. |
Себестоимость, руб/ГДж (руб/Гкал) |
Годовой экономический эффект, тыс. руб. |
Окупаемость, лет |
||
|
|
|
|
|
|
|
на электроэнергию |
на амортизацию и текущий ремонт |
Всего |
|
|
|
|
КВГМ-4-150 |
426,7 |
182 |
4971 (1186,5) |
1690 |
4,3 |
50,7 |
43,5 |
94,2 |
0,02 (0,08) |
4,19 |
0,1 |
|
КВГМ-6,5-150 |
621,3 |
305,9 |
8462 (2019,5) |
2964 |
7,3 |
88,9 |
63,4 |
152,3 |
0,02 (0,08) |
7,06 |
0,09 |
|
КВГМ-10-150 |
1281,7 |
482,3 |
13037 (3111,5) |
2552 |
11,5 |
76,6 |
130,7 |
207,3 |
0,02 (0,07) |
11,13 |
0,11 |
|
КВГМ-20-150 |
2485,5 |
1036 |
28010 (6685) |
4494 |
24,8 |
134,8 |
253,5 |
388,3 |
0,015 (0,06) |
23,99 |
0,1 |
|
КВГМ-30-150 |
3334,6 |
1595,3 |
42235 (10080) |
2380 |
38,1 |
71,4 |
340 |
482,8 |
0,012 (0,05) |
37,13 |
0,09 |
|
КВГМ-50-150 |
3334,6 |
2695 |
74352 (17745) |
6370 |
64,4 |
191,1 |
340 |
531,1 |
0,007 (0,03) |
63,34 |
0,05 |
|
КВГМ-100-150 |
10001 |
4403 |
119813 (28595) |
73605 |
105,2 |
2208,2 |
1000 |
3208,2 |
0,03 (0,11) |
100,51 |
0,1 |
При проведении расчетов проводился выбор утилизаторов типа КСК с учетом минимальных затрат электроэнергии с целью использования установленной мощности электродвигателей насосов и дымососов.
В расчетах стоимость электроэнергии принята 30 руб. за 1000 кВт · ч, газа - 29,38 руб. за 1000 нм3. Стоимость дополнительного строительного объема для установки утилизаторов составляла около 3 % капиталовложений в утилизаторы.
Сравнение расчетных данных, полученных для конденсационных теплообменников типа КСК (см. табл. 11) и контактных КТАН (см. табл. 7), показывает, что при меньших капитальных затратах и потребности в дополнительной электроэнергии практически можно получить такую же экономию топлива при установке калориферов КСК, что и для КТАНов. При этом себестоимость тепловой энергии, получаемой в котлоагрегате, значительно ниже, а срок окупаемости составляет около 2 мес, тогда как для КТАНов - 2 года. Действительные показатели могут быть уточнены в процессе эксплуатации теплоутилизаторов как калориферов КСК, так и контактных типа КТАН.
В качестве перспективных утилизаторов теплоты для котельных малой мощности, работающих на закрытую систему теплоснабжения, могут быть рассмотрены разработанные ЦНИИЭП инженерного оборудования поверхностные теплоутилизаторы типа ТКТ, предназначенные для тепловой обработки воздуха. Конструкция теплоутилизатора предусматривает работу в конденсационном режиме, что существенно увеличивает коэффициент теплопередачи. Рекомендуемая область применения теплоутилизаторов находится в пределах пропускной способности от 2,5 до 125 тыс. м3/ч. Наиболее эффективно их использование при повышенной влажности удаляемого газа и повышенных температурах наружного воздуха. Теплоутилизаторы типа ТКТ могут быть выполнены из антикоррозионных материалов и со стеклянными трубками. Теплоутилизаторы с алюминиевыми трубками, имеющими внутреннее оребрение с пропускной способностью 10-160 тыс. м3/ч, изготавливаются объединением Моссантехпромом.
В теплоутилизаторах наружный воздух движется внутри труб, дымовые газы - в межтрубном пространстве по перекрестной схеме. Разработчики гарантируют надежную работу теплоутилизаторов до температур наружного воздуха -30 °С. Теплоутилизаторы оборудованы поддоном для сбора и отвода сконденсировавшихся водяных паров и байпасным каналом по тракту наружного воздуха. При возникновении обледенения (о чем свидетельствуют отрицательные температуры поверхности труб) по команде реле давления или термопары открывается заслонка байпасного канала, что приводит к сокращению расхода наружного воздуха по трубам. В результате снижения скорости движения наружного воздуха в трубках теплоутилизатора повышается температура поверхности труб и наледь ликвидируется.
Применять теплоутилизаторы типа ТКТ рекомендуется при запыленности дымовых газов не более 20 мг/м3.
Для применения этих типов теплоутилизаторов в котельных необходима доработка конструкции с учетом специфики использования дымовых газов и проверка работы их в практических условиях.
Одним из перспективных направлений, обеспечивающих сокращение топлива на нужды теплоснабжения, а также снижение загрязнения окружающей среды, является применение теплонасосных установок (ТНУ). Энергетическая эффективность ТНУ оценивается коэффициентом трансформации теплоты, представляющим отношение теплопроизводительности к затраченной извне механической работе. Обычно этот коэффициент равен 3-5 (т.е. на 1 кВт затрачиваемой электрической мощности может быть получено 3-5 кВт теплоты за счет использования низкопотенциальных источников). На практике этот коэффициент не превышает 2,2, что не позволяет конкурировать с централизованным водоснабжением.
В настоящее время в нашей стране тепловые насосы не получили широкого распространения в связи с низкой стоимостью органического топлива для котельных и высокой стоимостью оборудования ТНУ. Однако в связи с изменением замыкающих затрат на органическое топливо и обострением экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды продуктами сгорания тепла, вопрос применения ТНУ приобретает особое значение. Специального оборудования для тепловых насосов в стране не выпускается, отдельные установки, работающие в настоящее время, базируются на оборудовании серийно выпускаемых холодильных машин.
Для решения вопроса о целесообразности создания теплонасосной станции должен быть проведен технико-экономический расчет сопоставления вариантов котельной с ТНУ и без него с учетом стоимостных показателей, степени дефицитности топлива и электроэнергии и экологических факторов в каждом конкретном случае.
На экономичность ТНУ наибольшее влияние оказывают следующие факторы: вид системы теплоснабжения (открытая, закрытая); температура низкопотенциального источника; температура нагреваемой среды (сетевой воды) после ТНУ; для горячего водоснабжения в суммарной тепловой нагрузке; продолжительность отопительного периода; вид замещаемого органического топлива; местные условия и ограничения (условия электроснабжения, затраты на использование низкопотенциального теплоисточника и т.д.).
При открытой системе теплоснабжения ТНУ преимущественно может работать на подогрев подпиточной воды от 5 до 70 °С в устойчивом экономичном режиме.
При открытой системе удовлетворительная работа ТНУ может быть достигнута лишь при решении проблемы суточного выравнивания температуры обратной воды.
Схема утилизации теплоты дымовых газов с применением теплового насоса для котлов КВГМ-180 и КВТК-100-150, работающих в закрытой системе теплоснабжения с ограниченным количеством нагреваемой воды за счет утилизации, представлена на рис. 10. Предложен тепловой насос на базе бромисто-литиевой абсорбционной холодильной машины, работающей от тепловой сети, позволяющей избежать больших расходов электроэнергии на привод по сравнению с компрессионной машиной.
Рис. 10. Схема утилизации теплоты дымовых газов с использованием теплового насоса:
1 - котел; 2 - контактный теплообменник; 3 - воздухоподогреватель; 4 - теплообменник; 5 - испаритель; 6 - тепловой насос; 7 - конденсатор
Продукты сгорания из котла поступают в контактный теплообменник 2, где охлаждаются орошающей водой из замкнутого циркуляционного контура. Вода, нагретая в скруббере до 60-70 ºС, подается в параллельно включенные воздухоподогреватель 3, теплообменник подогрева подпиточной воды 4 и испаритель теплового насоса 7, а затем общим потоком возвращается в скруббер-охладитель газов 2.
Теплота, отобранная у воды циркуляционного контура в сумме с теплотой, использованной на работу генератора, передается в обратную магистраль тепловой сети через теплообменник 4.
Оптимальная работа теплового насоса 3 на базе холодильной абсорбционной машины типа АБХМ-3000Т с тепловой нагрузкой испарителя около 3,9 МВт обеспечивается при подаче в генератор сетевой воды с температурой около 150 °С, для чего котлоагрегат работает на переменном расходе воды в сети. В этом случае минимальная температура воды на входе в котел (около 70 ºС) будет иметь место при максимальной нагрузке котла, а при снижении нагрузки она будет возрастать, обеспечивая одновременно и надежную защиту хвостовых поверхностей нагрева от коррозии. В тепловой сети при этом поддерживается постоянный расход сетевой воды по графику качественного регулирования.
