Эффективные схемы энергоснабжения потребителей электроэнергии, тепла, пара и холода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт энергетики и автоматики

Академии наук Республики Узбекистан

Эффективные схемы энергоснабжения потребителей электроэнергии, тепла, пара и холода

Ш.А. Азизов

кандидат экономических наук,

старший научный сотрудник

E-mail: Azizov_Sh@mail.ru

Ташкент

In thesis recycling ways and schemes of low potential heat in enterprises for combined production of heat and cold are resulted.

Энергоснабжение крупных потребителей электрической энергии, пара и холода, как правило, осуществляется по раздельной схеме, когда электроэнергия обеспечивается от общей электрической системы, а тепловая энергия, преимущественно пар, вырабатывается собственной котельной, необходимость которой вызвано потребностью технологического процесса. Отличительной особенностью раздельной схемы является то, что для выработки холода, используемой в системах кондиционирования воздуха офисов, цехов и т.д. расходуется электрическая энергия.

На рис. 1 приведена раздельная схема энергоснабжения действующего производства.

Рис. 1. Раздельная схема энергоснабжения действующего производства

Данное производство является потребителем электрической энергии, пара и холода. Котельная в качестве основного вида топлива используется природный газ, в качестве резервного - жидкое печное топливо, вырабатывает насыщенный пар с параметрами Р=13 ат, t=196^оС. Пар используется в технологии, причем, 50% пара теряется (технологический сброс), 50% пара конденсата с температурой, по крайней мере, не ниже 85^оС возвращается в конденсатный сборник, куда также подается химически очищенная вода (ХОВ) с температурой, по крайней мере, не выше 18^оС. Весь объем воды в конденсатном сборнике предварительно нагревается до точки кипения воды за счет пара от парового котла и подается в котельную для продолжения цикла. Пар от котельной также используется в системах отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Температура уходящих газов продуктов сгорания котельной составляет, по крайне мере не ниже 260^оС.

Данное производство снабжается электроэнергией от электрической системы общего пользования. За счет электроэнергии с помощью парокомпрессионных холодильных машин производится холод, используемый для кондиционирования воздуха в цехах и офисе.

Приведенная схема имеет следующие резервы для повышения эффективности использования сжигаемого топлива:

- в системах отопления и ГВС, а также для предварительного подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ вместо низкопотенциальной горячей воды используется высоко потенциальный пар, напрямую от котельной;

- в то же время, остаются не использованными низко потенциальная теплота уходящих газов продуктов сгорания котельной и/или теплота возвратного конденсата.

- использование электроэнергии для выработки холода с энергетической точки зрения не эффективно, поскольку низко потенциальная теплота может быть полезно использована в современных абсорбционных холодильных машинах (АБХМ) и преобразована в энергию холода, а также тепловую энергию, пригодную для пользования в системах отопления и ГВС. Согласно расчетам [1], окупаемость замены действующих компрессионных холодильных машин на АБХМ составляет не более 3-5 лет.

В данной работе рассматриваются эффективные способы (схемы) утилизации низко потенциальной теплоты уходящих газов паровых котлов и/или теплоты возвратного конденсата отработавшего технологического пара, имеющиеся в избытке на промышленных объектах.

Отличительные особенности каждого, ниже рассматриваемого способа энергоснабжения, определяются характером производства, техническими характеристиками паровых котлов, в особенности температуры уходящих газов, требованиями к параметрам технологического пара, наличии возвратного конденсата требуемого объема и потенциала, наличии достаточного объема потребности данного производства в тепловой энергии и холоде.

Способ №1 приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Способ утилизация теплоты уходящих газов в АБХМ

энергоснабжение топливо утилизация газ

Сущность способа заключается в использование теплоты продуктов сгорания паровой котельной, выбрасываемых в атмосферу, путем их отвода в АБХМ, работающую на горячих газа, для преобразования в энергию холода, используемого для нужд кондиционирования воздуха.

Эффект данной схемы энергоснабжения по сравнению с действующей схемой заключается в повышение КПИ топлива и КПД паровой котельной за счет утилизации в летний период теплоты уходящих газов продуктов сгорания. Вместе с тем, отпадает надобность в холодильных машинах, потребляющих электроэнергию, при этом, электрическая нагрузка и расходы производства на электроэнергию соответственно снижаются.

Недостатки: В схеме не до конца используются резервы повышения эффекттииности использования топлива. Тепло уходящих газов продуктов сгорания паровой котельной используют только в летний период, когда имеется потребность в холоде, а в остальное время, теплоту выводят атмосферу. Кроме того, не используется теплота возвратного конденсата, который к тому же, после смешивания с ХОВ водой подогревают паром. Отопление и ГВС продолжают осуществлять за счет использования пара.

Способ №2 приведен на рисунке 3.

Сущность метода заключается в использование теплоты уходящих газов продуктов сгорания паровой котельной, выбрасываемых в атмосферу, путем их отвода в АБХМ, работающую на горячих газах, типа "зима-лето", обеспечивающую в отопительный период выработку тепловой энергии для нужд отопления и ГВС, а в летний период - выработку холода для нужд кондиционирования.

Рис. 3. Способ утилизации теплоты уходящих газов в АБХМ для отопления и кондиционирования воздуха

Эффект заключается в дальнейшем повышении КПИ топлива и КПД паровой котельной за счет утилизации теплоты уходящих газов продуктов сгорания паровой котельной в летний, а также в отопительный периоды. При этом отпадает необходимость в компрессионных холодильных машинах и частично в паровоздушных теплообменниках (часть демонтируют), использующих пар для отопления и ГВС. Снижается электрическая нагрузка предприятия и уменьшается расход газа для производства пара, который подавали в демонтируемые паровоздушные теплообменники.

Недостатки: Тепло уходящих газов продуктов сгорания паровой котельной максимально используют в летний и отопительный периоды, когда имеется потребность в холоде для кондиционирования и в тепловой энергии для отопления, эти периоды не превышают 9 месяцев в год, в остальное время, часть тепла продуктов сгорания используют для нужд ГВС, потребность в которой невелика, в результате остаточная теплота продуктов сгорания выбрасывается в атмосферу, кроме того для подогрева возвратного конденсата, смешанного с ХОВ, расходуется пар.

Следующие два способа приемлемы, если температура уходящих газов продуктов сгорания на выходе паровой котельной не достаточна (ниже 260^оС) для подключения и нормальной эксплуатации АБХМ, работающей на горячем воздухе.

Способ №3 приведен на рисунке 4.

Рис. 4. Способ утилизации теплоты уходящих газов для подогрева смеси возвратного конденсата

Сущность способа заключается в использование теплоты уходящих газов продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу, путем надстройки к паровой котельной газоводяного теплообменника с целью получения круглый год тепловой энергии в виде горячей воды, которая подводится к теплообменнику конденсатного сборника для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ.

Эффект заключается в дальнейшем повышении КПИ топлива и КПД паровой котельной за счет полной утилизации тепла уходящих газов продуктов сгорания паровой котельной в течение всего периода работы котельной. При этом уменьшается расход газа для производства пара, который использовался в конденсатном сборнике для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ.

Недостатки: Сохраняется неэффективная система производства холода с помощью компрессионных холодильных машин и не используется теплота возвратного конденсата.

Способ №4 приведен на рисунке 5.

Сущность способа заключается в использование теплоты уходящих газов продуктов сгорания паровой котельной, путем надстройки к котельной газоводяного теплообменника с целью получения тепловой энергии в виде горячей воды, которую используют в АБХМ для производства холода в летний период, а в остальное время, теплоту горячей воды подводят к конденсатному сборнику для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ.

Рис. 5. Способ утилизации теплоты уходящих газов для подогрева смеси возвратного конденсата и получения холода

Эффект заключается в дальнейшем повышении КПИ топлива и КПД котельной за счет утилизации тепла уходящих газов продуктов сгорания паровой котельной в течение всего периода работы котельной путем надстройки газоводяного теплообменника. При этом отпадает надобность в компрессионных холодильных машинах, снижается электрическая нагрузка предприятия и уменьшается расход газа для производства пара, который использовался в конденсатном сборнике для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ.

Способ №5 приведен на рисунке 6.

Рис. 6. Способ утилизации теплоты уходящих газов и теплоты возвратного конденсата

Недостатки: не используют теплоту возвратного конденсата.

Сущность способа заключается в использование тепла уходящих газов паровой котельной, выбрасываемых в атмосферу, путем надстройки к котельной газоводяного теплообменника с целью получения тепловой энергии в виде горячей воды, которую подводят к конденсатному сборнику для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ, а АБХМ подключают к возвратному конденсату (достаточно t=85оС) для производства холода в летний период.

Эффект заключается в дальнейшем повышении КПИ топлива и КПД паровой котельной за счет полной утилизации теплоты уходящих продуктов сгорания паровой котельной в течение всего периода работы котельной путем надстройки к котельной газоводяного теплообменника с целью получения горячей воды, которая используется для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ, кроме того теплота возвратного конденсата технологической линии предварительно используется в АБХМ для нужд кондиционирования воздуха. При этом отпадает необходимость в компрессионных холодильных машинах, снижается электрическая нагрузка предприятия и уменьшается расход газа для производства пара, который использовался в конденсатном сборнике для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ.

Недостатки: в зимнее время нагрузка на котельную по пару увеличивается за счет включения паровоздушных теплообменников, использующих пар котельной для нужд.

Способ №6 приведен на рисунке 7.

Рис. 7. Способ утилизации теплоты уходящих газов и теплоты возвратного конденсата, отказ от пароводяного теплообменника отопления и горячего водоснабжения.

Сущность способа заключается в использование тепла уходящих продуктов сгорания паровой котельной, выбрасываемых в атмосферу, путем надстройки к котельной газоводяного теплообменника для получения горячей воды, которую подводят к конденсатному сборнику для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ, а также используют для нужд системы отопления и горячего водоснабжения, АБХМ подключается к возвратному конденсату (температура выше 85^оС) для производства холода в летний период.

Эффект заключается в дальнейшем повышении КПИ топлива и КПД паровой котельной за счет полной утилизации теплоты уходящих продуктов сгорания паровой котельной в течение всего периода работы котельной путем надстройки к ней газоводяного теплообменника с целью получения горячей воды, которая преимущественно используется для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ, а в отопительный период тепло от газоводяного теплообменника отбирается в систему отопления и ГВС, для производства холода в летний период к возвратному конденсату технологической линии подключается АБХМ, обеспечивающая холодоснабжение. Разные периоды работы систем кондиционирования воздуха и систем отопления позволяют осуществлять подогрев смеси возвратного конденсата в равномерном режиме. При этом отпадает необходимость в компрессионных холодильных машинах, снижается электрическая нагрузка, уменьшается расход газа для производства пара, который использовался в конденсатном сборнике для подогрева смеси возвратного конденсата с ХОВ, снижается потребление пара и нагрузка на котельную за счет перевода системы отопления на горячую воду, получаемую в газоводяном теплообменнике.

Таким образом, каждый из рассмотренных способов, в той или иной степени повышает эффективность раздельной схемы энергоснабжения за счет комбинирования производства тепловой энергии и холода путем утилизации низко потенциальной энергии. Выбор того или иного способа, равно как и эффективность энергоснабжения, будет определяться характером производства.

Литература

1. Бурцев С.И. О некоторых преимуществах абсорбционных холодильных машин. Источник ЗАО "БТК" Москва, 2007 г. Элект. версия

Размещено на Allbest.ru