Дахин С.В. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях

Подождите немного. Документ загружается.

130

вышение производительности печи и снижение образования

оксидов азота.

Рис. 41. Принцип работы регенеративных горелок

6.2.5. Установки для использования избыточного давления

энергоносителей

Многие технологические процессы в металлургии, хи-

мии и других отраслях промышленности происходят под дав-

лением, при этом отработавшие в этих процессах газы удаля-

ются в сети низкого давления или сбрасываются в атмосферу.

Избыточное давление таких газов можно использовать для вы-

работки электроэнергии в газовых бескомпрессорных установ-

ках (ГУБТ) [49]. Например, давление под колошником домен-

ной печи составляет 0,28 – 0,35 МПа. При таком давлении

возможная мощность ГУБТ, работающей на доменном газе за

печью объѐмом 2700 – 3200 м

, может составлять 12 – 16 МВт.

Принципиальная схема установки ГУБТ показана на рис. 42.

Доменный газ после газоочистки с содержанием влаги

14 – 16 г/м3 сухого газа и пыли 2 – 7 мг/м3 подаѐтся в смеши-

вающий подогреватель, в котором нагревается до 100 – 180

за счѐт сжигания части доменного газа. Расход доменного газа

131

на смешивающий подогреватель составляет 5000 – 7000 м3/ч.

Воздух, необходимый для сжигания газа, подаѐтся от домен-

ной воздуходувки при давлении 0,26 – 0,33 МПа. После сме-

шивающего подогревателя доменный газ подаѐтся в газовую

турбину установки, из которой с давлением 0,015 МПа посту-

пает в газовую сеть завода. При таких условиях удельная

мощность газотурбинной установки составляет 2,6 МВт на 100

тыс. м3 газа.

1 – воздуходувка; 2 – доменная печь; 3 – пылеуловитель;

4 – скруббер; 5 – трубы распылителя; 6 – водоотделитель;

7 – электрофильтр; 8 – автоматическое дроссельное устройст-

во; 9 – смешивающий подогреватель газа; 10 – ГУБТ; 11 - ге-

нератор; 12 – воздух на горение в смешивающий подогрева-

тель; 13 – магистраль доменного газа

Рис. 42. Схема установки ГУБТ

6.2.6. Автоматизированное управление процессом горения

Автоматизированное управление процессом сжигания

может осуществляться посредством мониторинга и регулиро-

вания таких параметров, как расход топлива и воздуха горе-

ния, содержание кислорода в дымовых газах, а также потреб-

ность технологических процессов в тепловой энергии.

132

Это обеспечивает энергосбережение посредством огра-

ничения расхода воздуха горения и оптимизации расхода топ-

лива, что позволяет оптимизировать процесс сжигания и огра-

ничить производство теплоты реальными потребностями тех-

нологических процессов.

Кроме того, он может использоваться для минимизации

образования NO

в процессе горения.

6.3. Энергосбережение в системах отопления, горячего

водоснабжения, вентиляции и кондиционирования

Общие технические меры по энергосбережению в сис-

темах отопления (О), горячего водоснабжения (ГВС), венти-

ляции (В) и кондиционирования (КВ) можно сформулировать

следующим образом [25]:

1. Эффективная теплоизоляция трубопроводов, надежно

и долговечно работающая при условиях эксплуатации.

2. Малое гидравлическое сопротивление трубопровода

для транспортировки теплоносителя, что обеспечит малую

мощность на прокачку теплоносителя.

3. Снижение тепловой нагрузки на системы О, В и КВ.

4. Выбор рационального вида систем О, В и КВ.

5. Осуществление экономичных режимов работы сис-

тем О, В и КВ.

6. Использование дополнительных источников энергии

для систем О, В и КВ.

Ниже большинство этих мер будут рассмотрены под-

робно.

6.3.1. Эффективная теплоизоляция трубопроводов

Трубопроводы могут располагаться под землей или

проложены по воздуху. Под землей они могут располагаться в

проходных, полупроходных, непроходных каналах и непо-

средственно в грунте. Самые дорогие и сложные это тепло-

133

проводы в проходных каналах. Проще и дешевле осуществля-

ется прокладка в грунте.

Энергосбережение при транспортировке тепловой энер-

гии в первую очередь зависит от качества тепловой изоляции.

Она должна иметь не только низкую теплопроводность, возду-

хо- и водопроницаемость, а так же низкую электропровод-

ность, что уменьшает электрохимическую коррозию материала

трубы. Наличие влаги в теплоизоляции не только снижает эф-

фективность еѐ работы (теплопроводность тепловой изоляции

может увеличиться более чем в 3 раза), но способствует раз-

рушению труб (срок службы трубопровода может сократиться

до 4 - 5 лет вместо 30). Поэтому сами трубы имеют антикорро-

зионное покрытие, например, в виде силикатных эмалей, изола

и др., а сверху тепловой изоляции укладывают специальные

профилированные футляры (например, асбоцементные) или

покрывают еѐ слоем обмазочной, либо оклеечной гидроизоля-

ции. Такая гидроизоляция препятствует поступлению влаги из

воздуха и грунта. Такие относительно сложные конструкции

хотя и требуют дополнительных энергозатрат на изготовление,

но зато более долговечны и за счет этого более выгодны.

В последние годы начали широко внедряться теплопро-

воды с пенополиуретановой (ППУ) изоляцией в гидрозащит-

ной оболочке [52]. Такая конструкция предусматривает при-

менение не только предварительно изолированных ППУ и за-

ключенных в полиэтилен труб, но и фасонных частей - шаро-

вой арматуры, термических компенсаторов и т.д. Эти трубо-

проводы могут укладываться в землю безканально и обеспечи-

вают существенное энергосбережение за счет предварительно-

го изготовления отдельных изолированных элементов в заво-

дских условиях и практически полной влагонепроницаемости.

Безусловно, более надежная конструкция труб приводит

и к большей первоначальной стоимости тепловых сетей. Одна-

ко за счет высокого качества таких трубопроводов затраты на

их техническое обслуживание снижаются более, чем в 9 раз,

вследствие чего стоимость тепловых сетей, приведенная к од-

134

ному году эксплуатации, уменьшается на 20 – 30 % по сравне-

нию с аналогичной тепловой сетью, выполненной традицион-

ным способом. Для сетей горячего водоснабжения при безка-

нальной прокладке срок службы таких труб превышает 40 лет.

При транспортировке низкотемпературных теплоноси-

телей (для холодильной и криогенной техники) вопросы каче-

ства тепловой изоляции встают более остро, чем при высоких

температурах. Это связано с тем, что выработка 1 КВт холода

требует гораздо больше энергии, чем выработка 1КВт тепло-

ты. Теплоизолирующие материалы для области низких темпе-

ратур должны удовлетворять основным требованиям тепло-

изоляционным материалам, которые работают при высоких

температурах – низкая теплопроводность, незначительная гиг-

роскопичность, огнестойкость, но и необходимо чтобы при

низких температурах теплоизоляции обладала морозостойко-

стью и эластичностью. В области криогенных температур ши-

рокое применение находят порошковые материалы (например,

на основе диоксида кремния) и различные виды вакуумной

изоляции.

Толщина изоляции определяется техническими и тех-

нико- экономическими условиями.

Технические условия связаны с тем, что заданная по

техническому заданию температура должна иметь строго оп-

ределенное значение в определенных точках теплопровода

(холодопровода) и должны быть строго выдержанны теплопо-

тери (теплопритоки), при этом могут быть ограничения, когда

температура поверхности изоляции не должна превышать

строго определенное значение (например 40 °С в рабочих по-

мещениях) или не должна быть ниже температуры точки росы

при изоляции холодных поверхностей. Последнее требова-

ние связано с тем, что при температуре t

на поверхности теп-

лоизоляции конденсируется влага, которая может впитываться

в пористую изоляцию, что приводит к ухудшению ее качества.

На основании всех технических требований определяется ми-

нимальная толщина теплоизоляции. Вопросы целесообразно-

135

сти разности увеличения ее толщины решается технико-

экономическим расчетом.

6.3.2. Малое гидравлическое сопротивление трубопровода

Известно, что потери давления, а, следовательно, и

мощность затрачиваемая на прокачку теплоносителя зависит

прежде всего от скорости, и следовательно от диаметра трубо-

провода. Необходимо отметить, что увеличение диаметра хотя

и уменьшает мощность на прокачку теплоносителя, но при

этом увеличивается металлоемкость конструкции и энергоза-

траты на производство и монтаж трубопровода и т.д. Поэтому

увеличивая диаметр и уменьшая мощность, затрачиваемую на

прокачку теплоносителя, вместо ожидаемой экономии энерго-

затрат можно получить их увеличение. Обычно скорости дви-

жения теплоносителей при их транспортировке по трубам в

различных отраслях техники зависят от условий работы и ра-

бочих параметров.

Энергосбережение за счет уменьшения мощности, за-

трачиваемой на прокачку теплоносителя, можно получить при

использовании вместо стальных труб пластиковых (например,

полипропиленовых) для которых коэффициент гидравлическо-

го трения составляет в среднем 0,007, что существенно ниже,

чем для стальных труб.

6.3.3. Снижение тепловой нагрузки на системы отопления,

вентиляции и кондиционирования

Сокращение энергопотребления системами отопления,

вентиляции и кондиционирования воздуха не может осущест-

вляться в ущерб качеству микроклимата. Кроме того, сниже-

ние энергопотребления должно быть оправдано экономически,

то есть должны использоваться решения, не требующие до-

полнительных инвестиций. Существующий в настоящее время

арсенал средств позволяет снизить удельное энергопотребле-

136

ние систем на 70%. Лишь во вторую очередь подлежат реали-

зации меры по вовлечению в оборот вторичных энергоресур-

сов.

Архитектурно-планировочные меры

Форма здания влияет на величину теплопотерь. Наибо-

лее выгодной является форма, при которой отношение площа-

ди наружной поверхности к объѐму минимально. Такими яв-

ляются здания в форме куба или шара.

Важной является высота здания. При сохранении объѐ-

ма здания увеличение его высоты в 4 раза (например, с 15 до

60 м.) приводит к двукратному увеличению годового расхода

теплоты на отопление [25].

На величину энергопотребления здания также влияет

его ориентация (для зданий с вытянутыми фасадами). Ориен-

тированные на южную половину горизонта фасады получают

достаточно большие поступления солнечной радиации, кото-

рые особенно ощутимы в начале и в конце отопительного пе-

риода.

Важным фактором энергопотребления здания является

уровень теплозащиты здания, который определяется коэффи-

циентами теплопередачи наружных ограждений и степенью

остекления фасадов. Теплозащитные свойства окон значитель-

но ниже, чем у стен, поэтому увеличение площади окон при-

водит к увеличению расхода энергии на отопление. При пофа-

садном и индивидуальном регулировании увеличение степени

остекления позволяет снизить расход тепла за счет увеличен-

ного теплопритока от солнечной радиации, однако такой эф-

фект ощутим лишь в южных регионах. Увеличенная площадь

окна снижает расход электроэнергии на искусственное осве-

щение. В то же время, увеличение площади остекления приво-

дит к резкому увеличению тепловой нагрузки на системы вен-

тиляции и кондиционирования воздуха в теплое время года.

Технико-экономические расчеты, основанные на комплексном

137

рассмотрении здания, показывают, что экономически целесо-

образна минимальная степень остекления фасадов, соответст-

вующая минимальной естественной освещѐнности.

Теплозащита зданий

Задача выбора теплозащиты стен и перекрытий – тех-

нико-экономическая. Усиление теплозащиты стен достигается

увеличением толщины теплоизоляционного слоя в еѐ конст-

рукции (для современных многослойных конструкций) или

самой конструкции (для однослойных). При увеличении тол-

щины стены возрастает еѐ стоимость, но сокращается тепловая

нагрузка на систему отопления и стоимость потребления теп-

ловой энергии.

Совмещение функций ограждений и систем

Наиболее простым способом снижения тепловой на-

грузки на системы отопления, вентиляции и кондиционирова-

ния воздуха в жилых зданиях является остекление лоджий.

Энергосбережение достигается за счет сокращения воздухо-

проницаемости окон и, как следствие, уменьшения потребно-

сти в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха, а

также за счет увеличения температуры за наружной стеной и

окном помещения, что приводит к снижению теплопотерь.

Мероприятие позволяет уменьшить теплопотери здания за

отопительный период в средней полосе России на 8 – 10 %

[33].

Эффективным способом снижения тепловой нагрузки в

системах отопления, вентиляции и кондиционирования возду-

ха в промышленных и общественных зданиях служит удаление

вытяжного воздуха через межстекольное пространство окон

(рис. 43). Этот способ особенно хорош в помещениях, в кото-

рых не допускается рециркуляция внутреннего воздуха. Эко-

номия энергии в холодное время года (на отопление) достига-

138

ется за счет утилизации теплоты выбросного воздуха, которая

осуществляется в межстекольном пространстве. Вентилирова-

ние окна позволяет значительно повысить температуру по-

верхности остекления, что улучшает гигиенические условия в

помещении в холодное время года.

1 – вентилируемые воздушные прослойки в окнах; 2 - вытяж-

ной вентиляционный канал; а – сообщающиеся с атмосферой;

б – присоединѐнное к системе с вытяжной вентиляцией

Рис. 43. Схемы вентилируемых окон

В тѐплое время года при вентилировании межстеколь-

ного пространства из него удаляется поглощѐнная теплота

солнечной радиации, проникающей через стѐкла. При этом

снижается теплопоступление от солнечной радиации и тепло-

вая нагрузка на системы вентиляции и кондиционирования

воздуха.

Другим способом утилизации теряемой зданием тепло-

ты может служить устраиваемые в стенах вертикальные щеле-

139

вые каналы шириной 25 - 35 мм вблизи наружной поверхно-

сти, через которые в холодный период под воздействием есте-

ственной тяги проходит в помещение наружный воздух, по-

путно ассимилирующий часть теряемой теплоты, возвращая ее

в помещение. Одновременно прилегающие к прослойке слои

высушиваются относительно сухим наружным воздухом, что

предотвращает увеличение коэффициента теплопроводности

материалов, из которых состоит стена. Высоту каналов обычно

принимают в один этаж. В теплый период каналы перекрыва-

ются заслонками и превращаются в замкнутые воздушные

прослойки, увеличивая термическое сопротивление огражде-

ния.

Энергосбережение достигается за счет возврата в по-

мещение части теряемой теплоты в зимнее время и за счет

увеличения сопротивления теплопередаче наружного ограж-

дения при устройстве замкнутых воздушных прослоек летом и

составляет более 50 % от теплопотерь, теряемых стеной без

вентилируемой воздушной прослойки [33].

6.3.4. Осуществление экономичных режимов работы

систем отопления, вентиляции и кондиционирования

Дежурное отопление

Регулирование мощности систем отопления, вентиля-

ции и кондиционирования воздуха позволяет повысить их

энергетическую эффективность. Одним из возможных спосо-

бов осуществления экономичного режима работы этих систем

является дежурное отопление. Данный способ основывается на

аккумулирующей способности здания [53]. Если количество

теплоты, передаваемое приборами отопления воздуху поме-

щения, станет меньше тепловых потерь здания, или упадѐт до

нуля, температура воздуха внутри помещения (здания) будет

снижаться. Естественно, понижение температуры в помеще-

нии будет происходить не скачкообразно, а достаточно плавно,