Утилизация низкопотенциальных тепловых отходов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Утилизация низкопотенциальных тепловых отходов

Сбросное низкопотенциальное тепло (50-120 С) чрезвычайно сложно использовать, так как трудно найти потребителей в достаточном количестве. Низкопотенциальные ВЭР обычно содержатся в жидкостях (иногда коррозионно-активных) и газах, от которых невозможно отвести теплоту, используя стандартное оборудование.

Основные технические средства для утилизации теплоты низкопотенциальных ВЭР:

1) многоступенчатые установки с аппаратами мгновенного вскипания для использования теплоты загрязненных горячих стоков;

2) многоступенчатые аппараты типа «тепловая труба» для использования теплоты агрессивных жидкостей;

3) теплообменники для использования теплоты вентиляционных выбросов.

Утилизация теплоты загрязненных стоков

Утилизацию теплоты загрязненных стоков осуществляют в аппаратах мгновенного вскипания. Горячая загрязненная жидкость поступает в камеру (испаритель), где поддерживается низкое давление (рис. 1). Вакуум соответствует температуре насыщения, которая на 5-10 С ниже температуры поступающей жидкости. За счет скрытой теплоты парообразования происходит вскипание поступающей жидкости. Над испарителем располагается конденсатор - охладитель пара, образовавшегося в процессах мгновенного вскипания. В трубное пространство конденсатора аппарата может поступать любая среда, которую необходимо подогреть. Соли и шламы, содержащиеся в исходной горячей жидкости, практически не попадают в трубы конденсатора, тем самым обеспечивается надежная работа аппарата.

Рис. 1. Аппарат мгновенного вскипания:

1 - корпус аппарата,

2 - теплообменные поверхности,

3 - поддон для сбора конденсата

Исходная жидкость в количестве G1 при температуре t1поступает в испаритель мгновенного вскипания. В аппарате происходит вскипание при температуре t2. При этом из раствора выносится пар в количестве D при температуре насыщения tн, соответствующей давлению в аппарате Рн. Температура кипения раствора t2 всегда выше температуры кипения чистого растворителя: t2 -tн = , где температурная депрессия (разница температур), которая зависит от природы и концентрации растворенного вещества.

Тепловой баланс аппарата мгновенного вскипания имеет вид

,

где G1 иG2 - расход раствора на входе и выходе из аппарата; M расход нагреваемой воды; cв и cр- теплоемкости воды и раствора; t1 и t2- температуры раствора на входе и на выходе из аппарата; tн - температура насыщения при давлении в аппарате; 1 и 2- начальная и конечная температуры подогрева воды.

Количество теплоты, воспринятое охлаждающей водой, равно количеству теплоты, которое отдал сконденсировавшийся пар поверхностями:

,

где D - расход конденсата; r - теплота парообразования при давлении в аппарате.

То же самое количество теплоты воспринято теплообменными поверхностями:

,

где k - коэффициент теплопередачи (принимается в диапазоне 900-1000 Вт/(м2К); F - площадь поверхности теплообмена; температурный напор.

Расходы раствора и конденсата связаны между собою уравнением материального баланса

.

В установке, состоящей из нескольких аппаратов мгновенного вскипания (рис. 2), в которых загрязненная жидкость последовательно охлаждается на 5-10 С, можно подогреть воду в конденсаторе до температуры, близкой к начальной температуре раствора.

Рис. 2. Последовательное включение аппаратов мгновенного вскипания

Впервые промышленные установки для использования тепла загрязненных горячих жидкостей были испытаны на Стерлитамакском ПО «Сода». Разработана и внедрена в эксплуатацию установка УИТДЖ-500 (утилизация теплоты загрязненной дистиллятной жидкости). Аппарат предназначен для утилизации тепла дистиллятной жидкости, являющейся отходом производства кальцинированной соды. Теплота использовалась для подогрева питательной химически очищенной воды для котлов ТЭЦ. Установка включает в себя 6 аппаратов мгновенного вскипания.

Расход дистиллятной воды 500 м3/ч, охлаждающей воды 400 м3/ч. Тепловая производительность 2,71 мВт. Температура дистилярной жидкости изменяется с 90 до 50 С. Химочищенная вода подогревается с 30 до 80 С. Результаты испытаний УИТДЖ-500 позволили разработать ряд подобных установок для содовых предприятий, для предприятий, производящих синтетический каучук, ацетилен, фосфор, коксохимические продукты и др.

Утилизация теплоты агрессивных жидкостей

В производстве серной кислоты большая часть ВЭР (95 %) заключается в физической теплоте кислоты, которая в процессе ее получения охлаждается от 80-140 С до 40-60 С. В среднем с 1 т выпускаемой серной кислоты отводится примерно 3,35 ГДж тепла. В стране производится ~10106 т кислоты, потери составляют ~63-65 млн. ГДж в год.

В теплообменниках спирального, оросительного и пластинчатого типа невозможно предотвратить попадание кислоты в охлаждающую среду. Для утилизации теплоты агрессивных жидкостей были предложены конструкции теплообменников с промежуточным теплоносителем (рис. 3). Межтрубное пространство заполнено промежуточным теплоносителем (очищенная вода, фреон, аммиак). Из корпуса предварительно отсасывают воздух и создается разряжение, соответствующее температуре кипения промежуточного теплоносителя. В нижнюю трубчатую поверхность подается охлаждаемая серная кислота, в верхнюю охлаждающая вода. Кислота отдает теплоту промежуточному теплоносителю, который вскипает. Пар промежуточного теплоносителя конденсируется на верхних пучках труб, отдавая теплоту охлаждающей воде. Теплообменник прошел испытания на Винницком химзаводе им. Я.М. Свердлова. Техническая характеристика: площадь поверхности для охлаждения кислоты Fк = 20 м2, площадь поверхности для

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 3. Схема теплообменника с промежуточным теплоносителем

нагрева воды Fв = 40 м2, тепловая производительность 0,465 мВт, расход воды 40 м3/ч, кислоты 50 м3/ч.

Экономически невыгодно в одном теплообменнике охлаждать кислоту и нагревать воду поэтому утилизационная установка состоит из нескольких последовательно включенных аппаратов. При этом воду можно нагреть до температуры 80 С, а кислоту охладить до 40 С. Выходящая из абсорбера серная кислота (рис. 4) с температурой 70-90 С направляется в каскад последовательно соединенных теплообменников, где охлаждается до 40 С. В отопительный сезон сетевая вода подогревается в теплообменниках, а затем догревается в бойлере и подается потребителю тепла. Летом оборотную воду подают в градирню. Утилизационная установка может покрывать до 60 % теплоты, требующейся предприятию на отопление.

Рис. 4. Установка для охлаждения агрессивных жидкостей:

1 - бойлер; 2 потребитель теплоты; 3 - градирня; 4 - сетевой насос; 5 - циркуляционный насос;

6 теплообменники с промежуточным теплоносителем;

7 - абсорбер; 8 насос

Тепловой баланс

Количество теплоты, отдаваемое кислотой:

.

Количество теплоты, получаемое водой:

.

То же самое количество теплоты передается через теплообменные поверхности:

; .

Температурный напор t рассчитывается относительно температуры кипения промежуточного теплоносителя:

То же самое количество :

; .

Утилизация теплоты вентиляционных выбросов

Проблема утилизации теплоты вентиляционных выбросов это во многом проблема трассировки воздуховодов, если иметь в виду существующие схемы приточной и вытяжной вентиляции. В настоящее время появились приточно-вытяжные агрегаты, в которых и приточное и вытяжное устройство объединены в один блок.

Вентиляционные агрегаты HovalLHW(Дания) предназначены для утилизации теплоты вентиляционных выбросов промышленных зданий, они выполняют три основные функции: вентиляция, нагрев, охлаждение. В агрегате имеются приточный и вытяжной вентиляторы, которые работают с установленным расходом воздуха. В зависимости от рабочих условий возможны режимы подачи наружного воздуха и рециркуляционного.

Приточный воздух, поступающий в агрегат, можно нагревать до требуемой температуры в водяном калорифере. При использовании в качестве энергоносителя холодной воды возможно охлаждать воздушную среду в помещении. Агрегаты HovalLHW поставляются двух типоразмеров: с расходом воздуха 5500 и 8000 м3/ч.

Основные преимущества агрегатов LHW:

энергосбережение за счет высокоэффективной рекуперации тепла вытяжного воздуха;

отсутствие приточных и вытяжных воздуховодов;

комфортное воздухораспределение без ощущения сквозняков;

централизованное автоматическое управление;

простота адаптации системы к различным рабочим условиям;

экономия полезной площади и финансовых затрат благодаря подпотолочному монтажу агрегатов.

Агрегаты HovalLHW состоит из двух блоков верхнего и нижнего. В верхнем блоке размещены (рис. 5) приточный центробежный вентилятор 1 с двойным всасывающим патрубком и непосредственным приводом от электродвигателя, вытяжной вентилятор2, пластинчатый теплообменник для рекуперации тепла3, выполненный из алюминиевых прессованных пластин, сборник конденсата4; воздушные,байпасные и рециркуляционные клапаны,фильтр наружного воздуха5.

Нижний блок устанавливается через крышу внутри помещения. Блок включает секцию фильтра 6, секцию воздухонагревателя или воздухоохладителя 7, и воздухораспределитель 8, обеспечивающий равномерное распределение воздушного потока.

Наружный воздух, забираемый приточным вентилятором, проходит через фильтр наружного воздуха и подается на нагревательный теплообменник (рис. 6). Расход приточного воздуха регулируется клапаном наружного воздуха. Воздух, удаляемый вытяжным вентилятором из помещения проходит последовательно фильтр, а затем пластинчатый теплообменник.

При расходе воздуха 8000 м3/ч и нагреве приточного воздуха от 7 до 18 С, тепловая мощность одного агрегата составляет около 100 кВт. Вентиляционные агрегаты Hoval могут работать в следующих режимах: вентиляция с нагревом воздуха и рекуперацией теплоты; вентиляция без нагрева, с рекуперацией теплоты; вентиляция без нагрева, без рекуперации теплоты; рециркуляция с нагревом воздуха; режим вытяжки; режим охлаждения помещения.

Рис. 5. Схема вентиляционного агрегата HovalLHW:

1 приточный вентилятор; 2 вытяжной вентилятор; 3 пластинчатый теплообменник; 4 сборник конденсата; 5 фильтр наружного воздуха; 6 фильтра удаляемого воздуха; 7 воздухонагреватель;

8 воздухораспределитель

Рис. 6. Схема распределения воздушных потоков

Для утилизации теплоты вентиляционного воздуха в жилых помещениях фирмой «Wiessmann» разработан агрегат Vitovent - 300(рис. 7). Регенерация более 90 % теплоты удаляемого воздуха позволяет снизить затраты на отопление на 35 %. Тепловая мощность агрегатов подобного типа при расходах воздуха от 50 до 250 м3/ч находится в диапазоне от 0,8 до 3,8 кВт. утилизация теплота сток вентиляционный

В нашей стране в 1980-х годах был разработан регенеративный вращающийся теплообменник РТ-12. Ротор теплообменника - пакеты из гладких и гофрированных листов картона. Производительность 20103 м3/ч, экономическая эффективность 0,550,6. Установка предназначена для утилизации низкопотенциального тепла вентиляционных выбросов и возвращает 70-75 % отбросной теплоты. Производительность 16-18103 м3/ч. Экономия 90 т условного топлива в год. Насадка из алюминиевой фольги  = 0,08 мм.

Рис. 7. Вентиляционный агрегат фирмы Wiessmann:

А - вентилятор приточного воздуха; В - фильтр отходящего воздуха;

С - фильтр наружного воздуха; D - противоточный теплообменник;

Е - вентилятор отходящего воздуха

Размещено на Allbest.ru