Учебник - Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях (989625), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Эта теплота может быть полезно использована двумя способами:♦возвратом тепла в установку – регенеративное теплоиспользование;♦использованием его в другой установке – внешнее теплоиспользование.Пример регенеративного использования теплоты в сушильной установке изображен на рис 1.ХолодныйвоздухQпРис. 1. Регенеративное использование вторичных энергоресурсов.1 – подогреватель, 2 – сушильная установка, 3 – рекуперативный теплообменник (утилизатор)В качестве ВЭР используется отработавший сушильный агент, теплота которого используется для предварительного нагрева воздуха в рекуперативном теплообменнике-утилизаторе 3 [8].Регенеративное теплоиспользование приводит к повышению энергетической эффективности установкии увеличению коэффициента полезного использования теплоты, представляющий собой отношение полезно использованной теплоты в сушильной установке 2 к теплоте, подведенной к установке Qп в подогревателе 1.В определенных случаях возможно использование теплоты вторичных энергоресурсов за счет непосредственного возврата их части в установку.
Например, теплый вентиляционный воздух из помещенияможет частично возвращаться туда уже в качестве приточного воздуха. Осуществляется так называемаярециркуляция. Рециркуляция – наиболее простой и дешевый способ регенеративного использованиявторичных энергетических ресурсов. Ее осуществление требует минимальных капитальных затрат. Полная рециркуляция уходящих из теплоиспользующих установок газов и жидкостей без их дополнительнойобработки невозможна.
Однако даже частичная рециркуляция возможна далеко не всегда. Например,запыленный, имеющий токсичные примеси или неприятный запах вентиляционный воздух не долженвозвращаться в помещение по санитарным нормам. В этих случаях для утилизации тепла вторичныхэнергоресурсов путем подогрева веществ, поступающих в установку, используют теплообменные аппараты.Возвращаемую в установку теплоту можно использовать для нагрева:♦жидкого или газообразного топлива;♦воздуха, используемого в процессе горения в качестве окислителя;♦воды, направляемой в котельную установку;♦приточного вентиляционного воздуха;70♦сушильного агента;♦технологического сырья и др.Внешнее теплоиспользование – использование теплоты ВЭР уходящих из установки для нужд другихэнергоиспользующих установок. Пример внешнего теплоиспользования – использование теплоты пароконденсатной смеси, уходящей из сетевого подогревателя для получения пара, направляемого на технологические нужды, изображен на рис 2.Питательнаявода15Pc2PpНа технологическиенуждыPuХолоднаявода43Рис.2.
Внешнее использование вторичных энергоресурсов1 – парогенератор, 2 - теплоиспользующий аппарат (сетевой подогреватель),3 – конденсатосборный бак; 4 – конденсатоотводчик; 5 - паровой эжекторВ качестве вторичного энергоресурса используется конденсат, поступающий после сетевого подогревателя 2 в конденсатосборный бак 3. Вследствие того, что давление в баке меньше, чем давление насыщения конденсата (конденсат поступает по трубопроводу под высоким давлением), происходит мгновенное вскипание конденсата. Пар вторичного вскипания Ри (инжектируемый) подсасывается в паровойэжектор.
Далее пар смешенных параметров Рс (Ри < Рс < Рр) идет на технологические нужды или на теплоснабжение (отопление, горячее водоснабжение).В некоторых случаях при внешнем теплоиспользовании можно использовать ВЭР напрямую (не используя теплообменные аппараты). Например, горячие дымовые газы после разбавления воздухом можнонаправить в сушильную установку. Если же дымовые газы вследствие их загрязненности нельзя использовать для сушки материала по требованиям технологического процесса, их направляют в теплообменник для нагрева воздуха, который используется в качестве сушильного агента. Первый из этих способовэкономичнее, поскольку не требует больших капитальных затрат.Кроме регенеративного и внешнего теплоиспользования возможно также комбинированное теплоиспользование, когда часть теплоты возвращается в установку, а другая часть – полезно используется вдругой энергетической или технологической установке.Не все энергосберегающие мероприятия эффективны экономически.
Капитальные затраты, связанные сприобретением и установкой теплообменника, а также затраты на его эксплуатацию (дополнительнаяэлектроэнергия на прокачку теплоносителя, техническое обслуживание) могут превысить экономию,обусловленную использованием теплоты вторичных энергоресурсов. Таким образом, при планированиимероприятий необходимо предусматривать проведение их технико-экономической оценки. В современной России цены на тепловую энергию существенно ниже, чем в европейских странах.
При этом наблюдается ежегодный рост цен и приближение их к европейскому уровню. При проведении техникоэкономических оценок это обстоятельство необходимо обязательно учитывать.Утилизация тепла вторичных энергетических ресурсов в рекуперативных теплообменникахТепловые вторичные энергоресурсы имеют различные температурные параметры и подразделяются натри группы:1. Горячие газы (уходящие газы котельных установок, дымовые газы высокотемпературных установок,двигателей внутреннего сгорания и т. д.), температура которых достигает 1000 оС.2. Продукты технологического процесса (нагретые слитки, шлак, раскаленный кокс и т.д.), имеющиетемпературу до 1500 оС.3.
Низкотемпературные вторичные энергоресурсы, имеющие температуру, как правило, до 200 оС:71♦пар, отработавший в двигателях, а также вторичный пар;♦горячая вода (вода от охлаждающих устройств, производственный конденсат, стоки);♦теплота нагретого воздуха (теплый воздух, удаляемый из производственных помещений, сушильных установок).Первые две группы ВЭР являются высокотемпературными и их полезное использование является наиболее простой задачей. Например, они могут быть использованы в котлах-утилизаторах для полученияпара энергетических параметров.
Использование же ВЭР третьей группы – более сложная проблема,поскольку их температура недостаточна, чтобы использовать их для большинства технологическихнужд. Кроме того, при передаче тепла другим теплоносителям в теплообменниках, неизбежно дополнительное снижение температуры.Значительная часть тепловых ВЭР составляет физическая теплота газов. Использование этой теплотыимеет свои особенности. Главной из них является то, что газообразные теплоносители имеют низкийкоэффициент теплоотдачи (К=10–50 Вт/(м2 град)) и для утилизации теплоты необходимы теплообменные аппараты с большими поверхностями теплообмена.
Кроме того, из-за малой плотности газовых теплоносителей воздуховоды и газоходы имеют большие поперечные размеры. Их трудно поворачивать впомещениях ограниченного объема, трудно осуществлять передачу газов на дальние расстояния. В связи с этим, для утилизации теплоты газов рационально использовать в основном два типа рекуперативных теплообменных аппаратов: пластинчатые оребренные теплообменники и трубчатые оребренныетеплообменники с промежуточным теплоносителем.56473812Рис.3. Принципиальная схема центрального кондиционера с утилизацией тепла воздуха, удаляемого из помещения:1 – кондиционер; 2 – приточный и вытяжной вентиляторы; 3 – приточный воздуховод; 4 – вытяжная решетка; 5 – выброс вытяжноговоздуха; 6 – теплоизвлекающий теплообменник; 7 – соединительные трубопроводы установки утилизации вытяжного воздуха; 8 –циркуляционный насос; 9 – теплоотдающий теплообменникПластинчатые оребренные теплообменники применяются в тех случаях, когда воздуховоды с горячим ихолодным воздухом расположены близко друг от друга.Если воздуховоды (газоходы) разнесены и для передачи тепла невозможно использовать пластинчатыйтеплообменник, то используют теплообменники с промежуточным теплоносителем (рис.
3). Использование теплоты уходящего воздуха, показанное на рис. 3 позволяет уменьшить потребление тепла горячейводы для подогрева приточного воздуха в подогревателе кондиционера 1.Годовую экономию энергии можно выразить следующим образом:()∆ Q = Hу − Hн ⋅ L н ⋅ τ ⋅ 3600[кДж ]где Ну – энтальпия воздуха, уходящего из помещения, кДж/кг; Нн – энтальпия воздуха, выходящего изтеплообменника-утилизатора, кДж/кг; Lн – массовый расход воздуха через теплообменник, кг/с; τ – годовое число часов использования установки, ч.Схема, представленная на рис.
3, позволяет на 60 % сократить расход тепла на нагрев приточного наружного воздуха [2]. Кроме того, она дает возможность использовать в составе кондиционера подогре-72ватель с меньшей площадью поверхности теплообмена. Поскольку при использовании этой схемы взимнее время существует опасность замерзания, в качестве промежуточного теплоносителя в подобныхустановках используется смесь воды и этиленгликоля.Если и тот и другой способ утилизации теплоты является технически реализуемым, то возникает вопрос,какой из них более эффективен с точки зрения энергосбережения и ресурсосбережения.В схеме с промежуточным теплоносителем используются одновременно два теплообменника 6 и 9, каждый из которых передает то же самое количество теплоты что и пластинчатый оребренный теплообменник.TВоздухЖидкостьFРис.4.
Распределение температур в теплообменнике-утилизаторе с промежуточным теплоносителем на линии:– теплого воздуха (теплообменник 6);– холодного воздуха (теплообменник 9)Запишем уравнение теплопередачи для пластинчатого теплообменника Q=K0⋅F0⋅∆T0 и теплообменников,входящих в состав системы с промежуточным теплоносителем Q=K1⋅F1⋅∆T1. Располагаемый температурный напор в каждом из этих теплообменников, как показывает практика, ниже примерно в два раза(см. рис.
4): ∆T1 ≈ 0,5 ⋅ ∆T0. Коэффициенты теплопередачи в каждом из теплообменников с промежуточным теплоносителем выше, поскольку одним из теплоносителей является вода, при течении которойнаблюдается высокий коэффициент теплоотдачи. При больших скоростях воды коэффициенты теплопередачи в рассматриваемых типах теплообменников также отличаются почти в два раза: K1 ≈ 2 ⋅ K0 .Тогда площадь теплопередающей поверхности каждого из двух теплообменных аппаратов, входящих всостав теплообменника-утилизатора с промежуточным теплоносителем, соизмерима с площадью поверхности пластинчатого оребренного теплообменника (на самом деле – несколько меньше, посколькусхема течения в теплообменнике с промежуточным теплоносителем ближе к противоточной).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
