Диссертация (Научно-техническое обоснование бивалентного теплоснабжения с использованием энергетической утилизации органосодержащих отходов), страница 7

Так, согласно [86],общий КПД системы теплоснабжения, включающей котельную, тепловую сетьи отопительные приборы потребителей, выражается как произведение указанныхэлементов:45η ес.т = η екот ⋅η ет..с ⋅η епгде ηес.т.,ηекот.,ηет.с..,τ еВQНРQНР= η кот ⋅⋅ τ еГ ⋅ η ет.с. ⋅= η кот ⋅⋅ η ет..с ⋅ τ еВτ еГеТеТ(2.1)ηе п., – эксергетический КПД системы теплоснабжения,котельной, тепловой сети и теплопередачи соответственно, еТ – удельная эксергияτеГ – эксергетическаятоплива,температурнаяфункциядля теплопередачи к отопительному прибору, τеВ – эксергетическая температурнаяфункция для теплопередачи к воздуху внутри помещения.Хотя процессы горения и теплообмена в теплогенераторах происходят совместно,их в эксергетических анализах следует разделять.

Для этой цели используетсятакойпоказателькак эксергетическийКПДгорения,иначеназываемыйэксергетической температурной функцией:η=τ=егорегорТ гор − Т о.с.Т гор,(2.2)где Тгор – температура горения, То.с. – температура окружающей среды.При выработке тепловой энергии происходит необратимый теплообмен междупродуктами сгоранияэнергии происходити теплоносителеми нагреваемымпосредствомбезтеплоносителем.теплообменасовершенияработы,Получениетепловоймеждууходящимис большойдолейгазамианнергии.Эксергетический КПД водогрейной котельной составляет 0,15 [86]. Такимобразом, применение эксергетических методов при расчетах выработки тепловойэнергии не является информативным.

Целесообразно применять понятиетермического КПД как отношения полезной теплоты к подведенной. Для системытеплоснабжения КПД будет составлять:η tсс. = η tкко ⋅ η tтт. ⋅ η tпгде: ηt с.т., ηt кот., ηtкотельной,тепловойт.с..,Q рн ⋅ GQтопл Qколл Qпол=⋅⋅=Qколл Qпол QпотрQпотр(2.3)ηt п., – термический КПД системы теплоснабжения,сетиитеплопередачисоответственно;Qтопл – теплота сгорания топлива, Qколл – отпуск тепловой энергии с коллекторакотельной, Qпол – полезный отпуск тепловой энергии, Qпотр – потребленная46абонентами тепловая энергия, Q рн - низшая теплота сгорания топлива, G – расходтоплива в СЦТ.Для удобства последующего анализа бивалентных систем теплоснабжения,куда будут интегрированы в качестве дополнительного источника энергииустановки, основанные на рассмотренных выше схемах, будем пользоватьсяпонятием степени бивалентности, представляя его как отношение тепловойнагрузки Qн` источника на основе местных видов топлива к суммарной тепловойнагрузке системы теплоснабжения Q∑` :=WQн`Qн`,=`Q∑` Qн` + Qтр(2.5)`где Qтр– тепловая нагрузка «традиционного» источника бивалентной СЦТ.В общем случае при неограниченных ресурсах местного топлива выражение`(2.5) может принимать любые значения от 0 (при Qн` =0) до 1 (при Qтр=0).

Следуетобратить внимание, что, если в системе теплоснабжения используются ТКО,то значения Qн и Qтр взаимосвязаны, и можно записатьQн =k1 Qтр ,(2.6)где k1 – некоторый проектный коэффициент пропорциональности.С учётом (3-3) выражение (3-4) принимает вид =11+1.(2.7)В случае использования ТКО в качестве топлива для «нетрадиционного»источника, значение W зависит от сложившегося на рассматриваемой территориигодового объема накопления отходов (в общем случае – норма накопленияотходов, см. главу 2, параграф 2.2), а также от климатических параметровместности, т.е.

от потребности рассматриваемой территории в тепловой энергии.Приведенные данные показывают, что диапазон значений W достаточно широки связан со сложным взаимодействием ряда местных факторов. Описание и учётэтих факторов далеко выходит за рамки специальности и задач данногоисследования, поэтому на данном этапе следует констатировать, что на стадии47проектирования определение значения W для каждого конкретного регионадолжно являться предметом отдельного мониторинга.В общем случае полезная мощность энергетической установки будетопределяться зависимостьюпол = ˑтко· Qнp3600 , МВт ,(2.8)где η - обобщённый КПД преобразования энергии в установке; Gтко- общаямасса ТКО, собираемая в течение года; J – коэффициент снижения массы ТКО;D – число часов работы в год.

Для определения η требуется, как минимум,предпроектнаяпроработка;использовалисьзначения,поэтомуполученныена даннойдля аналогов.стадииисследованияНакопленныйопытпроектирования и эксплуатации указанных установок, в том числе, при сжиганииместных топлив и органосодержащих отходов [28, 94, 99], позволяет задаваться иххарактеристикамипри предпроектныхпроработках.В зависимостиот аппаратурного оформления, мощности вида топлива, степени когенерациии ряда других факторов термический КПД теплогенерирующих установок можетварьироваться в пределах от 72 до 92 % и подлежит уточнению на стадиипроектирования.В целомвышеизложенныеданныепозволяютконстатировать,что термодинамическая эффективность бивалентных СЦТ будет в значительнойстепени зависеть от теплоты сгорания топлива ( Qрн ), максимальной температурыгорения (Тгор) и ресурса местного топлива (Gн).

В следующих параграфах проведемоценку реальных значений указанных параметров.2.2.Тепловой эквивалент ТКОВ целом ресурсы местных топлив достаточно велики, и для лесоизбыточныхрегионов страны,как следуетизданных,приведенныхв параграфе1.3,соизмеримы с общими потребностями систем отопления. Но среди них есть48базовая часть, требующая обязательной утилизации, это ТКО [4]., на этих ресурсахи становимся в данном параграфе.В главе1отмечалось,что данныепо ТКО ненадёжны,разныеисточники приводят разные данные. Очевидно, что необходим проведениемониторинга данныхрегиональныхоператоров,но это далеко выходитза рамки и специальности и данного исследования. Тем не менее, некоторыеполезныерезультатыможно получить,руководствуясьпростейшими соображениями.Количество образующихся ТКО с каждым годом увеличивается, более того,горючая часть отходов также возрастает [17].Для расчета количества теплоты, которое может быть получено путемтермическойпереработки ТКО важно знать,количества ежегодно образующихсяотходов,или произвести оценку,а такжеихтеплофизическиесвойства.Для оценкиресурснойбазыТКО введем характеристику тепловойэквивалент ТКО:ОценитьобъемрQтко = J ˑGтко· Q н , МДж,накопления(2.9)ТКО можно исходяизутвержденныхнормативов.

Однако, зачастую данные нормативы определены значительное времяназад и, учитывая динамично возрастающее количество отходов, требуюткорректировки.В этойсвязи нами было проведено экспериментальноеопределениенормативов накопления твердых коммунальных отходов. (Работы выполнялисьв рамках научных исследований по теме «Разработка Территориальной схемыобращения с отходами, в том числе с твердыми коммунальными отходамиРеспублики Карелия»).МетодологияпроведениярасчетазначениянормативанакопленияТКО (далее – ЗНН ТКО) основана на «Рекомендациях по определению нормнакопления твердых бытовых отходов для городов РСФСР».49Для расчета ЗНН ТКО выбраны жилые кварталы c многоквартирными домами.Описание обследовавшихся территорий и методические особенности проведенияобследования даны в Приложении В.Остановимся ниже на анализе полученных результатов.Обработка результатов эксперимента.Алгоритм расчета нормы накопления ТКО на одного человека в год.Исходные данные, полученные в ходе проведения эксперимента (таблицы 2.1, 2.2)используются для расчета следующих значений.1.

Суточная норма накопления на 1 чел. по массе за сезон.Значение данного показателя определяется по формуле:Gcc =G0n⋅a,(2.10)где: Gсс – суточное накопление отходов, кг/чел; G0 – масса удаляемых отходовс изучаемого объекта на период определения норм, кг; n – число проживающих,чел. 1; а – продолжительность определения норм накопления.Таблица 2.1. Сводные значения исходных данныхДниМасса2, кгконтейнераконтейнеразаполненногопорожнегоСреда29090Четверг330ПятницанеделиИтогоза 3 дняСобрано, кгОтходовПищевых Вторичногоотходовсырья20037449024045503159022545389352706651271322.

Среднегодовая суточная норма накопления на одного человека по массе.Значение данного показателя определяется по формуле:В методике не уточняется, какую именно численность населения следует использовать. В данном расчетеиспользована численность населения в расчете на 1 контейнер.2В таблице параметры представлены суммой по 2-м контейнерам.150GccЗ + GccВ + GccЛ + GccОGб =,4(2.11)где: – среднесезонная суточная норма накопления, кг/чел.Значениеданного показателянерассчитывается,так как экспериментнепроводился посезонно.

Таким образом, Gб=Gcc.3. годовая норма накопления на 1 человека по массе.Значение данного показателя определяется по формуле:G г = Gсс ⋅ 365(2.12)где: Gг– годовая норма накопления, кг/чел.Таким образом, годовая норма накопления ТКО в рамках данного экспериментасоставила 0,28 т/чел в год.Сведенияо годовойнорменакопленияТКО в рассматриваемыхгородахприведены в таблице 2.2.2.Таблица 2.2. Нормы накопления ТКО в рассматриваемых городахНаселенный пунктАрзамасКашираКазаньПетрозаводскНовокузнецкКировскНазаровоАнгарскГайОзерскМурманскнорма накопления ТКО, м3/чел год1,81,721,941,471,31,881,321,561,431,671,9Средняя плотность ТКО составляет 190 кг/м3.Морфологический состав ТКО имеет сезонные колебания и несколькоотличается по регионам, однако, достаточно объективное представление о нёмдают данные по С.-Петербургу, приведенные в таблице 2.2.3.

В таблице приведенадинамика изменения морфологического состава ТКО, начиная с 1975 года. Из51таблицы 2.3 видно, что органическая часть ТКО составляет около 70-75 %.Современный морфологический состав ТКО приведен на Рис. 2.2.Таблица 2.3. Динамика измененияморфологического состава ТКО (по массе) Санкт-Петербурга [35, 37]НаименованиеТеплота1986199620002011сгорания,компонента1975Бумага3022,519,915,621,520,3-14,5Пищевые отходы28,123,33734,927,44,5-4,0Древесина3,95,21,70,82,520,2.14,5Металл4,734,44,64,6Текстиль4,47,72,83,8Кожа, резина1,64,24,814,3Кости2,12,30,8--Стекло7,46,88,113,78,9Камни, керамика2,23,62,94,612,8Пластмасса0,85,36,111,315,2Прочее33,71,40,52,8Отсев менее 15 мм11,812,410,19,2-Абсолютная2521,52120,4относительная51,750,248,646,9МДЖ/кг19,8-14,0Влажность, %31,1.25,852Прочее; 2,8Бумага; 21,5Пластмасса; 15,2Камни, керамика;12,8Пищевые отходы;27,4Стекло; 8,9Текстиль, кожа,резина; 4,3Металл; 4,6Древесина; 2,5Рис. 2.2.

Морфологический состав ТКО СанктПетербурга в 2011 году, % [37]Далее для оценки количества теплоты, которое можно получить при термическойутилизации ТКО, необходимо определить теплофизические свойства отходов.Теплоту сгорания ТКО целесообразно принять по опыту эксплуатациимусоросжигательных заводов. В рамках разработки схемы теплоснабженияг.