Od svih vrsta energije koje se troše u kemijskoj industriji, na prvom mjestu je toplinska energija. Stupanj iskorištenja topline tijekom kemijsko-tehnološkog procesa određen je toplinskom učinkovitošću:

gdje je Q t odnosno Q pr količina topline teoretski i praktično utrošena za izvođenje reakcije.

Korištenjem sekundarnih izvora energije (otpada) povećava se učinkovitost. Energetski otpad koristi se u kemijskoj i drugim industrijama u razne svrhe.

Od posebne važnosti u kemijskoj industriji je povrat topline iz produkata reakcije koji napuštaju reaktore za predgrijavanje materijala koji ulaze u iste reaktore. Takvo zagrijavanje provodi se u uređajima koji se nazivaju regeneratori, rekuperatori i kotlovi otpadne topline. Oni akumuliraju toplinu iz otpadnih plinova ili proizvoda i oslobađaju je za procese.

Regeneratori su periodički aktivne komore ispunjene mlaznicom. Za kontinuirani proces potrebno je imati najmanje 2 regeneratora.

Vrući plin prvo prolazi kroz regenerator A, zagrijava svoju mlaznicu i hladi se. Hladni plin prolazi kroz regenerator B i zagrijava ga prethodno zagrijana mlaznica. Nakon zagrijavanja mlaznice u A i hlađenja u B, zaklopke se zatvaraju itd.

U rekuperatorima reagensi ulaze u izmjenjivač topline, gdje se zagrijavaju toplinom vrućih produkata koji napuštaju reakcijski aparat, a zatim se unose u reaktor. Izmjena topline odvija se kroz stijenke cijevi izmjenjivača topline.

U kotlovima za rekuperaciju toplina iz otpadnih plinova i produkata reakcije koristi se za proizvodnju pare.

Vrući plinovi se kreću kroz cijevi koje se nalaze u tijelu kotla. U međucijevnom prostoru ima vode. Nastala para prolazi kroz separator vlage i napušta kotao.

Sirovine

Kemijsku industriju karakterizira visoka materijalna intenzivnost proizvodnje. Za jednu tonu gotovih kemijskih proizvoda u pravilu se troši nekoliko tona sirovina. Iz toga slijedi da je trošak kemijskih proizvoda uvelike određen kvalitetom sirovina, metodama i troškovima njihove proizvodnje i pripreme. U kemijskoj industriji trošak sirovina u trošku proizvodnje iznosi 60-70% ili više.

Vrsta i kvaliteta sirovina bitno određuju potpuno iskorištenje proizvodnih kapaciteta kemijske industrije, toplinsku produktivnost, vrijeme rada opreme, troškove rada itd. Svojstva sirovine, sadržaj korisnih i štetnih komponenti u njoj određuju tehnologiju koja se koristi za njenu preradu.

Vrste sirovina su vrlo raznolike i mogu se podijeliti u sljedeće skupine:

1. mineralne sirovine;
2. biljne i životinjske sirovine;
3. zrak, voda.

1. Mineralne sirovine - minerali izvađeni iz utrobe zemlje.

Minerali se pak dijele na:

• ruda (proizvodnja metala) važne polimetalne rude
• nemetali (gnojiva, soli, H + , OH - staklo itd.)
• zapaljive tvari (ugljen, nafta, plin, škriljevac)

Rudne sirovine su stijene, iz kojih je ekološki korisno dobiti metale. Metali u njemu su uglavnom u obliku oksida i sulfida. Rude obojenih metala često sadrže spojeve nekoliko metala - to su sulfidi Pb, Cu, Zn, Ag, Ni itd. Takve se rude nazivaju polimetalni ili složeni. Neizostavan sastojak svih industrijskih ruda je FeS 2 - pirit. Pri preradi nekih ruda, uz metale se dobivaju i drugi proizvodi. Tako se, na primjer, istovremeno s Cu, Zn, Ni, dobiva i H 2 SO 4 tijekom prerade sulfidnih ruda.

Nemetalne sirovine su stijene koje se koriste u proizvodnji nemetalnih materijala (osim klorida alkalijskih metala i Mg). Ova vrsta sirovina se ili izravno koristi u nacionalnom gospodarstvu (bez kemijske obrade) ili se koristi za jednu ili drugu kemijsku proizvodnju. Ove se sirovine koriste u proizvodnji gnojiva, soli, kiselina, lužina, cementa, stakla, keramike itd.

Nemetalne sirovine konvencionalno se dijele u sljedeće skupine:

• građevni materijali – sirovine se koriste neposredno ili nakon mehaničke ili fizikalno-kemijske obrade (šljunak, pijesak, glina i sl.)
• industrijske sirovine – koriste se u proizvodnji bez prerade (grafit, tinjac, korund)
• kemijske mineralne sirovine - koriste se neposredno nakon kemijske obrade (sumpor, salitra, fosforit, apatit, silvinit, kamene i druge soli)
• dragocjene, poludragocjene i ukrasne sirovine (dijamant, smaragd, rubin, malahit, jaspis, mramor i dr.)

Zapaljive mineralne sirovine su fosili koji mogu poslužiti kao gorivo (ugljen, nafta, plin, uljni škriljevac i dr.)

2. Biljne i životinjske sirovine su proizvodi poljoprivrede (ratarstvo, stočarstvo, povrtlarstvo), te meso i ribarstvo.

Prema namjeni dijeli se na prehrambenu i tehničku. Prehrambene sirovine su krumpir, šećerna repa, žitarice i dr. Kemijska i druge industrije troše sirovine biljnog i životinjskog podrijetla neprikladne za prehranu (pamuk, slama, lan, kitovo ulje, pandže itd.). Podjela sirovina na prehrambene i tehničke je u nekim slučajevima proizvoljna (krumpir → alkohol).

3. Zrak i voda su najjeftinije i najdostupnije sirovine. Zrak je praktički neiscrpan izvor N 2 i O 2. H 2 O nije samo izravan izvor H 2 i O 2, već sudjeluje u gotovo svim kemijskim procesima, a koristi se i kao otapalo.

Gospodarski potencijal bilo koje zemlje u modernim uvjetima uvelike je određen prirodnim resursima minerala, opsegom i kvalitativnim karakteristikama njihovih lokacija, kao i razinom razvoja industrije sirovina.

Sirovine suvremene industrije vrlo su raznolike, a razvojem nove tehnologije, uvođenjem sve više učinkovite metode proizvodnje, sirovinska baza se stalno širi zbog otkrivanja novih ležišta, razvoja novih vrsta sirovina i potpunijeg korištenja svih njezinih komponenti.

Domaća industrija ima snažnu sirovinsku bazu i raspolaže rezervama svih vrsta mineralnih i organskih sirovina koje su joj potrebne. Trenutno su Sjedinjene Države na prvom mjestu u svijetu po vađenju rezervi P, kamene soli, NaCl, Na 2 SO 4, azbesta, treseta, drva itd. Imamo jedno od prvih mjesta po istraženim nalazištima nafte i plina. A dokazane rezerve sirovina povećavaju se iz godine u godinu.

U sadašnjem stupnju industrijskog razvoja od velike je važnosti racionalno korištenje sirovina, što uključuje sljedeće mjere. Racionalno korištenje sirovina omogućuje vam povećanje ekološke učinkovitosti proizvodnje, jer trošak sirovina čini glavni udio u trošku kemijskih proizvoda. U tom smislu nastoje koristiti jeftinije, posebice domaće sirovine. Na primjer, trenutno se kao ugljikovodična sirovina sve više koriste nafta i plin, a ne ugljen, a etilni alkohol dobiven iz prehrambenih sirovina zamjenjuje se hidroliziranim alkoholom iz drva.

Opis:

Sustavi dovodna i ispušna ventilacija za administrativne i stambene prostore učinkoviti su ne samo sa sanitarnog i higijenskog gledišta. S automatskim povratom topline značajno pridonose i smanjenju troškova grijanja. Zrak odveden iz prostorije ima temperaturu od 20-24 0 C. Ne koristiti ovu toplinu znači, doslovno, ispuštati je kroz prozor. Toplina iz odvodnog zraka može se koristiti za zagrijavanje vode i dovod zraka i tako pridonijeti zaštiti okoliš.

Oporavak od vrućine

D. Droste, InnoTech Systemanalysis GmbH, Berlin (Njemačka)

Tehnologija

Osnovne odredbe

Sustavi dovoda i ispušne ventilacije za administrativne i stambene prostore učinkoviti su ne samo sa sanitarnog i higijenskog gledišta. S automatskim povratom topline značajno pridonose i smanjenju troškova grijanja. Zrak odveden iz prostorije ima temperaturu od 20-24 o C. Ne koristiti ovu toplinu znači, doslovno, ispuštati je kroz prozor. Toplina iz odvodnog zraka može se koristiti za zagrijavanje vode i dovod zraka i tako pridonijeti zaštiti okoliša.

Stoga je povrat topline neophodan kako bi se smanjili ventilacijski gubici.

Tehnička rješenja

U sustavi ventilacije U zgradama se određena količina ispušnog zraka uzima iz prostorija s visokim udjelom vlage i onečišćenja: kuhinja, WC, kupaonica, zatim se hladi u pločastom izmjenjivaču topline s poprečnim protokom i ispušta van. Ista količina vanjskog dovodnog zraka, prethodno očišćenog od prašine, zagrijava se u izmjenjivaču topline bez kontakta s ispušnim zrakom i dovodi u stambene, spavaće i dječje sobe. Odgovarajući uređaji nalaze se na tavanima, podrumima ili pomoćnim prostorijama.

U automatskim sustavima dovodne ventilacije određena količina zraka kontinuirano se dovodi u prostoriju pomoću ventilatora. Odsisni ventilatori izvlače zagađeni zrak iz kuhinja, WC-a itd.

Na ispravan odabir ventilatori omogućuju izmjenu zraka koja zadovoljava zahtjeve savezne vlade. Kako bi se osigurao povrat topline, sustav uključuje posebne izmjenjivače topline, na primjer, s poprečnim protokom, ako je potrebno opremljen toplinskom pumpom.

Suvremene instalacije u kućama s dobrom toplinskom izolacijom, u usporedbi s konvektivnim sustavom grijanja, omogućuju uštedu do 50% topline.

Učinkovitost prijenosa topline s odsisnog zraka na dovodni zrak iznosi oko 60% kod pločastih izmjenjivača topline, a kod vlažnog odvodnog zraka i više. To znači da u stanu stambene površine 100 m2:

Snaga sustava grijanja manja je za 10 W/m2 stambene površine;

Godišnja potrošnja topline smanjena je s otprilike 40 na 15 kW/m2 godišnje.

Ekonomska učinkovitost

Sustav kontrolirane ventilacije i povrata topline zahtijeva manje energije za zagrijavanje zraka nego drugi sustavi. Istovremeno, zbog smanjenja instalirane snage sustava grijanja smanjuju se investicijski troškovi pri novogradnji. Dodatno, upotrebom sustava za povrat topline smanjuju se troškovi goriva, budući da se koriste toplinske emisije kućanstva (što znači ljudske toplinske emisije, električni uređaji, osvjetljenje, kao i insolacija itd.). Emisije topline iz kućanstva, umjesto da “pregrijavaju” prostoriju u kojoj nastaju, redistribuiraju se kroz sustav zračnih kanala u one prostorije u kojima postoji “podgrijavanje”. Također treba imati na umu da u mnogim stanovima postoji dugotrajna ventilacija otvoreni prozoričesto nepoželjan zbog visoka razina buka. Upotreba jedinica za povrat topline i dizalica topline u sustavu mehaničke ventilacije čini ga energetski učinkovitijim.

Provedba

Ekonomski preduvjeti za uvođenje modernih sustava grijanja vrlo su raznoliki. U nizu saveznih država postoje posebni porezni poticaji, zahvaljujući kojima se početni troškovi mogu smanjiti za 20-30%. Osim toga, niz programa za uštedu energije sadrži odjeljke posvećene ventilaciji stambenih prostorija. Na primjer, program pokrajine Rajna-Falačka predviđa doplatu do 25%, ali ne više od 7500 DM. Posebno se preporuča uvođenje dizalica topline, pri čemu neke države predviđaju nadoplatu i do 30%.

Primjeri korištenja

Rekuperacija topline u stambenoj zgradi

U tipičnoj stambenoj zgradi u Leipzigu iz 1912. koja je renovirana i dodatno izolirana, nizozemska tvrtka za ventilaciju Van Ophoven koristila je ventilacijski sustav s kontroliranom povratom topline. Kuće ovog tipa čine do 60% stambenog fonda Leipziga. Sustav dovodne i odvodne ventilacije s povratom topline u izmjenjivaču topline s poprečnim protokom je autonoman sve dok se ne uključi dodatni grijač dovodnog zraka. Kako bi se osigurala povrat topline, sustav uključuje posebne izmjenjivače topline, u našem primjeru - cross-flow. Riječ je o u ovom slučaju o ravnotežnom sustavu ventilacije. Svaki apartman opremljen je uređajem koji je postavljen na zid na posebno određenom mjestu. Vanjski zrak se prethodno zagrijava u rekuperacijskom uređaju, a zatim se pomoću dodatnog grijača zagrijava na potrebnu temperaturu. U ovom slučaju govorimo o neizravnom grijanju. Analiza učinkovitosti ovog sustava pokazala je da je ušteda energije iznosila 40%, a emisija CO 2 smanjena je za 69%.

Jedinice za izmjenu zraka

U mnogim upravnim zgradama u Nossenu, u uredima, bolnicama, bankama, povoljnu mikroklimu osiguravaju energetski učinkoviti sustavi izmjene zraka s povratom topline. Učinkovitost povrata topline u protustrujnim izmjenjivačima topline može doseći 60%. Ovdje prikazana slika pokazuje da se jedinice za izmjenu zraka dobro uklapaju u dekor prostorije.

Književnost

1. Arbeitskreis der Dozenten fur Klimatechnik: Handbuch der Klimatechnik, Verlag C.F. Muller GmbH, Karlsruhe

2. Recknagel/Sprenger: Taschenbuchfur Heizung + Klimatechnik, R. Oldenburg Verlag, Munchen/Wien 83/84

3. Ministerium fur Banuen und Wohnen des Landes Nordrhein-Westfalen: Luftung im Wohngebaude

4. THERMIE-Maxibroschure: Leitfaden energiesparende und emissionsarme Anlagen zur Heizung, Kuhlung und Klimatisierung von kleinen und mittleren Unternehmen in den neuen Bundeslandern, erhaltlich under OPET.

Pri objektivnoj procjeni učinkovitosti potrebno je uzeti u obzir različite načine rada izmjenjivača topline: „suhi“, „mokri“, nekontrolirani, kontrolirani, odmrzavanje itd., opisane u prethodnom članku (časopis S.O.K., br. 12/2010). Kao rezultat dolje navedenih mogućih pogrešaka, moguće je dobiti stvarnu učinkovitost i uštedu topline koje su znatno manje od izračunatih, što kupcu možda neće odgovarati. Potonji ne namjerava dugo čekati na isplatu ovog uređaja, dajući mu rok od otprilike dvije do tri godine.

Osnovni termotehnički parametri iskorištenja topline i hladnoće

U tehničkim i dijelom ekonomskim proračunima, pri ispitivanju opreme za rekuperaciju topline, koriste se različiti i općenito brojni parametri, od kojih se neki koriste češće, drugi rjeđe. Među tim parametrima glavni su:

Gornje formule koriste izraze koji se nazivaju ekvivalenti vode za vanjski W n i izlazni zrak W, za cirkulirajuću vodu ili slanu vodu W w, za mlaznicu W us: W n = G n c in; W y = G y c u; W w = G w c w i W us = M us c us. Sve ove veličine, osim W us, mjere se u kW/°C, a vrijednost W us se mjeri u kJ/°C.

Omjer W us prema bilo kojem od ekvivalenata (W n, W y, W w) karakterizira inerciju procesa prijenosa topline od mlaznice do pokretnog medija i mjeri se u sekundama.

Tehnička i ekonomska učinkovitost korištenja povrata topline u SCR i SV

Zadatak opravdavanja učinkovitosti povrata topline uključuje uzimanje u obzir značajnih troškova opreme, koji dosežu 30-50% troškova jedinica za obradu zraka, različito trajanje korištenja, tendencija povećanja tarifa za toplinsku i električnu energiju, visoke naknade za priključenje na toplinsku mrežu, visoke kazne za prekoračenje temperature povratna voda svoj kogeneracijski raspored, tako da ovaj problem nema jasno rješenje. Prema A.A. Rymkevicha i drugih stručnjaka, povrat topline je važna sekundarna mjera koju je potrebno razmotriti i analizirati nakon što se iscrpe sve primarne mogućnosti za smanjenje potrošnje topline kroz niz mjera.

Metode procjene učinkovitosti povrata topline

Postoji nekoliko načina za procjenu učinkovitosti povrata topline u određenom uređaju. Prvi način procjene temeljene na faktoru iskorištenja energije kao omjeru topline primljene u izmjenjivaču topline i električne energije utrošene za svladavanje otpora medija η e = Q t /N.

Budući da je čisto energetska karakteristika, ne uzima u obzir cijenu uređaja i različite, a također rastuće, tarife za toplinu (za toplu vodu ili pripadajuću električnu energiju) i za električnu energiju, tj. koristi prirodne trenutne indikatore. Osim toga, toplina primljena u izmjenjivaču topline uvijek je promjenjiva ovisno o početnoj temperaturnoj razlici t y - t i trenutnoj učinkovitosti i načinu rada izmjenjivača topline.

Drugi način Procjena se temelji na eksergijskoj učinkovitosti, koja uzima u obzir relativnu eksergiju topline, vlage i eksergiju zraka koji se kreće:

gdje su E 1 i E 2 eksergija topline, vlage i eksergija odvedenog i dovodnog (vanjskog) zraka; ΣE n je ukupna eksergija potrošene električna energija u sustavu. Što se tiče ovih koeficijenata, V.N. Bogoslovsky i M.Ya. Poz je to s pravom primijetio "... bilo koji od navedenih termodinamičkih pokazatelja daje samo ideju o stupnju termodinamičke savršenosti procesa i ne može poslužiti kao osnova za donošenje tehničke odluke.".

Treći način procjena je općenitiji tehnički i ekonomski pokazatelj i karakterizira očekivano razdoblje povrata za dodatne kapitalne izdatke(za tržišne uvjete prvi predložio engleski fizičar W. Thomson (1824.-1907.), kod nas poznatiji kao termofizičar Kelvin) u varijantama. različiti tipovi Specifikacije, njihova učinkovitost, cijena i aerodinamički otpor:

Godišnji ekonomski učinak[rub/godina] kao razlika u smanjenim troškovima za uspoređene opcije sustava s izmjenjivačem topline (2) i bez njega (1) još je jedan složeni pokazatelj:

gdje je ΔC t.godina trošak ušteđene topline u toploj vodi, pari, električnoj energiji, uzimajući u obzir trenutne i buduće tarife za energiju, rubalja/godišnje; ΔC e.year - trošak dodatne godišnje potrošnje električne energije za kretanje zraka i vode kroz aparat, rubalja/god.; ΔK tu - kapitalni troškovi za jedinicu za oporavak, njegovu instalaciju, puštanje u rad i upravljanje, rub.; (E n + 0,18) ΔK tu - odbici od dodatnih kapitalnih troškova za amortizaciju, popravke, opće objekte i druge troškove 0,18 ΔK tu [rub/god], u vezi s upotrebom izmjenjivača topline i promjenom standardne veličine grijača zraka, kao i uzimajući u obzir standardni faktor učinkovitosti:

gdje je r diskontna stopa, r = 0,10-0,15; T ok - razdoblje povrata za dodatne kapitalne troškove, godina; ΔK ext - smanjenje kapitalnih troškova za grijač zraka kada se njegov broj reda smanji ili potpuno napusti, rub.; ΔKpris — jednokratni troškovi za priključenje objekta na izvor topline, rub/Gcal ili rub/kWh.

Formula mora uzeti u obzir ovisnost svih veličina o dizajnu regeneratora i njegovoj učinkovitosti. Također, među komponentama pogonskih troškova treba uzeti u obzir moguće kazne termoelektrana za prekoračenje temperature povratne vode nakon grijača zraka.

Sumarni nomogram za procjenu učinkovitosti modernih izmjenjivača topline razvijen je na temelju odgovarajućih proračuna i prikazan je na sl. 1 pod pretpostavkom da koeficijent učinkovitosti ostaje konstantan tijekom nekontroliranog načina rada uređaja. Ovaj nomogram je konstruiran u sljedećem nizu. Preliminarno, na temelju podataka jednog od proizvođača klima uređaja, procijenjena je približna specifična cijena različitih izmjenjivača topline (slika 1a). Slično, podaci o jediničnoj cijeni izmjenjivača topline drugih proizvođača mogu se iscrtati na ovom grafikonu. Za specifične uvjete (t y = 20 °C, t k = 10 °C) pri različitim θ tu konstruirana je granica režima rada uređaja (desni kvadrant na sl. 1) i određena je specifična količina topline (po 1 kg/s zagrijanog zraka tijekom rada u jednoj smjeni).

Iskoristimo ove podatke za procjenu učinkovitosti korištenja tehničkih specifikacija u klimatskim uvjetima grada St. Petersburga.

Procijenite specifičnu ekonomsku učinkovitost korištenja izmjenjivača topline na 1000 m 3 /h grijanog vanjskog zraka po njegovom specifičnom trošku Ktu /L n = 40 tisuća rubalja / (tisuću m 3 / h) u najpovoljnijem slučaju, tj. s kontinuiranim sustavom operacija

ΣQ te godine = 24 tisuća kW⋅h/(godina⋅tisuća m 3 /h), električno grijanje po prosječnoj (između dana i noći) tarifi c'e = 2 rub/kWh, aerodinamički otpor uređaja ΔR in = 0,30 kPa; Učinkovitost jedinice ventilatora η = 0,7, što odgovara dodatnoj snazi ​​za kretanje zraka od 0,12 kW/(tisuću m 3 /h):

dodatna godišnja potrošnja električne energije od 1,05 tisuća kW⋅h/(godina⋅tisuća m 3 /h) ΔW e = 8766 x 0,12 = 1,05.

Zanemarite smanjenje troškova za grijač zraka prilikom ugradnje izmjenjivača topline. Treba zanemariti naknadu za priključenje ovog grijača na toplinsku mrežu i kaznu za grijač zraka koji prekorači temperaturu povratne vode. Pretpostavlja se da je rok povrata T ok tri godine. Određujemo razdoblje povrata za dodatne kapitalne troškove, dobivamo godinu dana:

Promijenimo uvjete izračuna zamjenom električnog grijanja rashladnom tekućinom - toplom vodom po tarifi c' t = 1 rub/kWh. Tada će razdoblje povrata dodatnih kapitalnih troškova za ugradnju izmjenjivača topline pod istim uvjetima biti jednako 2,7 godina:

Kao što vidite, čak i uz zadanu tarifu za toplinu tople vode i uz kontinuirani rad sustava tijekom dana i godine, visoki specifični trošak izmjenjivača topline ne dopušta računanje na brzi povrat (povrat novca) kapitalna ulaganja. Ako koristite manje učinkovite (θ ty = 0,55-0,65), ali jeftinije uređaje, onda, sudeći po ponovljivosti Δτ/Δt n, glavni učinak može se povećati, jer postiže se ne na niskim, već na srednjim vanjskim temperaturama (t n = -10...+10 °C).

Za strožiji izračun potrebno je uzeti u obzir različitu površinu, red i cijenu glavnog grijača zraka i drugog električnog grijača koji radi u slučaju prekida opskrbe rashladnim sredstvom tijekom razdoblja bez grijanja na t H > 8 °C. Rezultati ekonomskog proračuna povećat će učinkovitost povrata topline, uzimajući u obzir visoku početnu naknadu za spajanje grijača zraka na toplinsku mrežu ili drugi izvor.

Procjena učinkovitosti korištenja reciklatora

Mnoge publikacije posvećene su problemu procjene učinkovitosti korištenja reciklatora. Svi oni imaju različite pristupe metodama za izračunavanje učinka, uzimajući u obzir neke komponente, a ne druge. Ocijenit ćemo samo neke od najtipičnijih publikacija. U članku se koristi tradicionalna, pojednostavljena, po našem mišljenju, ne sasvim ispravna i privatna metoda izračuna razdoblja povrata kao rezultat dijeljenja cijene izmjenjivača topline s cijenom razlike između ušteđene toplinske i pretjerano potrošene električne energije. Istodobno, u članku se ne navodi učinkovitost uređaja i kompleks "učinkovitost/trošak", usput, promjenjiv, ovisno o vrsti uređaja, njegovom kapacitetu zraka, različitim načinima rada, odmrzavanja i rezultirajućim prekoračenjima ne uzimaju se u obzir naknade za priključenje itd. Sve to ne daje ideju o razlikama u rezultatima izračuna u različitim uvjetima.

Što se tiče raznolikih klimatskih uvjeta predstavljenih u članku po gradovima u kojima su dnevni stupnjevi sezona grijanja variraju od 1500 do 12 000 dan-°C tijekom razdoblja grijanja, tada se ovaj dio posla može znatno pojednostaviti. Provođenjem male studije i prikazom u koordinatama: relativna godišnja potrošnja iskorištene topline u cjelogodišnjem nekontroliranom uređaju - dnevni stupnjevi razdoblja grijanja - možete praktično dobiti linearna ovisnost(slika 2). Takva linearizacija čini višestruke izračune dane u ovom članku suvišnima, te je dovoljno povući ravnu liniju za dane uvjete (L n, θ ty, ΔK ty) kroz tri ili četiri točke koje odgovaraju gradovima u različitim klimatskim uvjetima.

Tehničko-ekonomska procjena opreme za uštedu energije

Članak je posvećen tehničkoj i ekonomskoj procjeni opreme za uštedu energije, što je tipično po pitanjima i komentarima koji se javljaju. Najveća pažnja posvećena je metodologiji stvarne analize i izračuna diskontnog faktora, uzimajući u obzir dugoročno razdoblje povrata. Međutim, izračuni pokazuju da je potpuna amortizacija i povrat troškova ovih uređaja poželjna u relativno kratkom vremenskom razdoblju (jedna do tri godine). U nekim slučajevima, kada postoji nedostatak topline u objektu i visoke naknade za priključenje na izvor, reciklaža je ne samo opravdana, već je i jedini način zagrijavanja vanjskog zraka.

Bez konačne formule za razdoblje povrata izmjenjivača topline usvojene u članku, teško je zamisliti uzimaju li u obzir sljedeći izračuni: mogući nedostatak topline u objektu i stvarnu, stalno rastuću naknadu za priključenje na izvor topline; prihvaćeni udio razlike u kapitalnim troškovima, koji se uzima u obzir u operativnim troškovima za amortizaciju, popravke i opće troškove objekta (ukupno oko 18%).

Pokažimo na primjeru da je jednokratna naknada za priključenje na toplinsku mrežu razmjerna ili čak veća od cijene izmjenjivača topline. Neka jedinični trošak regeneratora ΔK iznosi ~ 30-40 tisuća rubalja/(tisuću m 3 /h). Pod prosječnim uvjetima, ovaj jedinični protok zraka odgovara izračunatom toplinskom učinku izmjenjivača topline i, sukladno tome, smanjenju snage kada je priključen na termoelektranu:

To je ekvivalentno naknadi za povezivanje od

ΔK subs = 3,45 x 12 x 10 3 = 41,5 tisuća rubalja, ako prihvatimo posebno plaćanje:

U uvjetima ovog primjera ispada da je naknada za priključenje na termoelektranu usporediva ili čak veća od cijene izmjenjivača topline, pa stoga nema govora o roku povrata.

Nemoguće je u analiziranom članku ne obratiti pozornost na način izračuna godišnje potrošnje obnovljene topline. Bez specificiranja načina rada izmjenjivača topline, autori su pretpostavili da se njime ne može upravljati tijekom cijele godine. Približno sinusoidalna promjena t n (t) pogrešno je konstruirana ne na temelju prosječnih vrijednosti temperature ("norma"), već na maksimalnim i minimalnim, tj. ima značajno povećanu amplitudu. Sukladno tome, precijenjena je i količina iskorištene topline. Za St. Petersburg, primjerice, t n.min.cp = -8,1 °C, a procijenjena zimska temperatura t nrh = -26 °C. Slično, u toplom razdoblju godine tn.max.cp = 18,1 °C, dok je izračunata ljetna temperatura tnrt = 24,6 °C. Također, prosječna godišnja temperatura t n.av.god = 4,4 °C daleko je od polovine zbroja prihvaćenih računskih vrijednosti u hladnoj i toploj sezoni (-0,6 °C). Zamjerka je neuvažavanje režima rada i odmrzavanja, što dovodi do precjenjivanja potrošnje povratne topline, te neuvažavanje promjenjive učinkovitosti uređaja.

Učinkovitost dizajna reciklera može se analizirati u smislu izbora: optimalna površina F, red i ili dubina mlaznice uređaja h. Označimo relativnu dužnost ili dubinu aparata kao h u udjelima onoga pri čemu je θ ty = 1, a količinu topline Q ty = Q ty.max. Uz približno eksponencijalnu ovisnost Q ty ≈ 1 - exp(-h), učinkovitost θ ty = 1 postiže se uz uvjet h = 4 (s točnošću od 1%). Pretpostavimo da godišnja potrošnja obnovljene topline približno eksponencijalno ovisi o vrijednosti h (slika 1a), dok cijena izmjenjivača topline i njegov aerodinamički otpor ovise približno linearno o h.

Tada se potrebno razdoblje povrata može prikazati kao funkcija bezdimenzionalnog parametra h, u sljedećem obliku:

gdje su a 1, a 2, a 3, a 4 neki faktori korekcije koji se uzimaju kao konstantni.

Kao rezultat izračuna derivacije jednake nuli, nalazimo da optimum (minimalna T fact) odgovara slučaju kada je h = 1, a učinkovitost izmjenjivača topline je q t.opt = 0,63 (iz svojstava eksponencijalna funkcija). Gore opisane ovisnosti ilustrirane su grafom na sl. 3, koji prikazuje približnu prirodu promjene svih komponenti zadanih troškova i razdoblje povrata dodatnih troškova za podsustav recikliranja ovisno o relativnoj dubini h, relativnoj debljini d ili relativnoj površini F mlaznice ili ploča takvog aparat.

Uspoređujući rezultate približne optimizacije prema formuli (14) s podacima o karakteristikama domaćeg ART-a na L = 5-38 tisuća m 3 / h, δ = 0,2 m, v fr = 2,2 m / s, F / L = 300 -425 m 2 / (m 3 /s), F/F fr = 490-660 m 2 /m 2, dobili smo izračunatu učinkovitost od θ tu = 0,77 kod pakiranja od aluminijske folije, a θ tu = kod tehničkog kartona. pakiranje 0,65 (u potonjem slučaju, blizu optimalne učinkovitosti izračunate prema gore opisanim pretpostavkama). Detaljnije, iz podataka se mogu odrediti ovisnosti koje karakteriziraju ekonomski učinak za različite izmjenjivače topline s različitom produktivnošću, radnim smjenama i s različitim mlaznicama.

Autori su došli do sličnih zaključaka o optimalnoj učinkovitosti izmjenjivača topline "Imenik". Posebno napominju: “...Dovođenje učinkovitosti regeneratora na vrijednost veću od 0,65 za jednosmjenski rad i 0,75 za trosmjenski rad, u svim slučajevima dovodi do smanjenja ekonomskog učinka, jer U ovom slučaju ušteda topline postiže se prekomjernim povećanjem smanjenih troškova projektiranja i rada rekuperatora topline i potrošnje metala. Najveći utjecaj na ekonomski učinak ima trajanje rada sustava - kada radi u tri smjene, učinak se naglo povećava. Povećanje učinka s povećanjem protoka zraka uglavnom se objašnjava nerazmjernim povećanjem jediničnih troškova za opremu i površine koju ona zauzima.”. Ista referentna knjiga navodi da, prema podacima FIR-a, u klimatskim uvjetima baltičkih zemalja, za pločasti izmjenjivač topline SV u tovilištu, optimalna učinkovitost ne bi trebala prelaziti 0,50.

Nastavak u sljedećem broju.

Uvod

Književnost

Uvod

Trenutno postoje značajne rezerve u korištenju sekundarnih izvora energije.

Zadaća maksimiziranja korištenja obnovljivih izvora energije ima ne samo ekonomski već i društveni značaj, budući da se smanjenjem potrošnje goriva koje se osigurava korištenjem obnovljivih izvora energije smanjuju štetne emisije i smanjuje onečišćenje okoliša.

OIE se ne mogu smatrati besplatnim dodatnim izvorima energije. Oni su rezultat energetske nesavršenosti tehnološka proizvodnja Stoga je potrebno nastojati smanjiti njihov prinos potpunijim korištenjem goriva u samoj procesnoj jedinici. To je glavna zadaća povećanja učinkovitosti termotehničke proizvodnje i što potpunijeg iskorištenja energije i energenata kao neizbježnog pratioca ovih procesa.

Granica idealne organizacije proizvodnje je stvaranje tehnologije bez otpada u materijalnom i energetskom smislu.

1. Klasifikacija sekundarnih izvora energije

Poduzeće željeza i čelika troši veliki broj goriva, toplinske i električne energije. Uz navedene tehnologije, metaluršku proizvodnju karakterizira značajna proizvodnja sekundarnih izvora energije (OIE).

Prema vrsti energije VER se dijele na gorivu (gorivo), toplinsku i nadpritisak.

Zapaljivi VER - plinoviti nusproizvodi tehnološki procesi, koji se može koristiti kao energetsko ili tehnološko gorivo.

Toplinska HER - fizička toplina glavnih i nusproizvoda, ispušnih plinova tehnoloških jedinica, kao i rashladnih sustava njihovih elemenata.

VER nadtlaka je potencijalna energija plinova koji izlaze iz tehnoloških jedinica s nadtlakom, a koja se može koristiti drugim vrstama energije.

2. Vrste energije i energenata i načini njihova korištenja

	VER nosači	Energetski potencijal	Način upotrebe
	Plinoviti otpad	Niska ogrjevna vrijednost	Izgaranje u instalacijama na gorivo
Toplinski	ispušni plinovi, gotovi proizvodi i proizvodni otpad, rashladne tekućine otpad i pripadajuća para	entalpija	stvaranje vodene pare u postrojenjima za povrat topline, Vruća voda pokrivanje potrebe za toplinom, stvaranje električne energije u kondenzacijskoj ili grijaćoj turbinskoj jedinici
nadpritisak	nadtlačni plinovi	izentropski ekspanzijski rad	proizvodnja električne energije u turbinskoj jedinici za povrat plina

Izlaz VER je količina VER generirana u procesnoj jedinici.

VER izlaz za zapaljive tvari: q vruće = m Qr;

za toplinsku: qt = mí;

za VER pretlak: qi = ml;

gdje je q izlaz odgovarajućeg VER, m je specifična ili satna količina nositelja energije, Qr je donja kalorična vrijednost, i -

entalpija nositelja energije, l je rad izentropskog širenja plinova.

Karakteristike zapaljivog VER-a crne metalurgije:

Plin visoke peći nastaje tijekom taljenja sirovog željeza u visokim pećima. Njegov prinos i kemijski sastav ovise o svojstvima punjenja i goriva, načinu rada peći i metodama intenzifikacije procesa. Udio nezapaljivih komponenti dušika i ugljičnog dioksida u plinu visoke peći je 70%. Kod sagorijevanja plina visoke peći maksimalna temperatura produkata izgaranja je 1487 C. Na izlazu iz peći plin je onečišćen dimnom prašinom. Plin iz visoke peći može se koristiti kao gorivo tek nakon što je pročišćen.

Plin od ferolegura nastaje tijekom taljenja ferolegura u pećima za redukciju rude. Ukupan sadržaj sumporovodika i sumporovog oksida (4) u odnosu na sumporni oksid (4) ne smije biti veći od 1 g/m3.

Konverterski plin nastaje tijekom taljenja čelika u kisikovim konvertorima. Plin se uglavnom sastoji od ugljičnog monoksida. Konverterski plin se koristi kao gorivo SER kada se uklanja bez naknadnog izgaranja.

Vrijedno tehnološko i energetsko gorivo.

Koksni plin nastaje tijekom koksiranja ugljene šarže. U industriji željeza i čelika koristi se kao gorivo nakon ekstrakcije. kemijski produkti. Komponente koksnog plina: vodik, kisik, metan, dušik, ugljični dioksid i ugljični monoksid.

Karakteristike toplinske HER.

Fizička toplina gotovog proizvoda iz troske.

Gotov proizvod i troska napuštaju peći i jedinice metalurške proizvodnje na visokoj temperaturi. U nekim slučajevima, ova toplina je VER. Toplina tekućeg lijevanog željeza koristi se u sljedećim fazama (peći s otvorenim ložištem, pretvarači kisika).

Toplina tekućeg čelika koristi se u proizvodnji valjanja vrućim stvrdnjavanjem ingota. Fizikalna toplina sekundarnih plinova.

Korištenje fizičke topline iz koksnog plina moguće je nakon kemijskog čišćenja. Najvišu temperaturu imaju konvertorski plinovi.

Ispušni plinovi otvorenih peći sastoje se od produkata izgaranja goriva i plinovitih komponenti kemijskih reakcija koje se odvijaju u tehnološkom procesu. Toplinski OIE uključuju nositelje energije u obliku vodene pare, tople vode i ventilacijskih emisija.

3. Ušteda goriva pri korištenju topline ispušnih plinova

Korištenje fizikalne topline iz otpadnih plinova provodi se prema tri sheme: tehnološkoj (zatvorena i otvorena), energetskoj i kombiniranoj.

Tehnološka shema predviđa korištenje ove topline za tehnološke procese, u pravilu, u istoj termotehnološkoj instalaciji. Prema ovoj shemi zagrijava se zrak, au nekim slučajevima i plinovita goriva, predgrijava se materijal koji se obrađuje u peći ili se kemijski i termički obrađuju neki materijali koji se koriste u tom procesu. Kod zagrijavanja peći prirodnim plinom tehnološka shema uključuje i termokemijsku rekuperaciju topline iz otpadnih plinova, koja se koristi za pretvorbu metana. Opisani krugovi su zatvoreni, omogućuju uštedu goriva u samoj procesnoj jedinici (slika 1). Toplina iz ispušnih plinova može se koristiti za druge instalacija peći uz nižu temperaturnu razinu procesa. Ovaj krug je s otvorenom petljom (slika 2). U tom slučaju štedi se gorivo u instalaciji koja koristi toplinu ispušnih plinova. Također je moguće dosljedno koristiti toplinu u glavnim i niskotemperaturnim jedinicama.

Sl. 1. Zatvorene tehnološke sheme za korištenje topline ispušnih plinova: a - za grijanje zraka; b - za predgrijavanje materijala; 1 - pećnica; 2 - uklanjanje plinova iz peći; 3 - rekuperator; 4 - dovod zraka u rekuperator; 5 - odvod dima: 6 - dovod zraka u peć; 7 - dovod goriva u peć; 8 - isporuka materijala; 9 - dovod zagrijanog materijala u peć; 10 - dovod hladnog materijala.

sl.2. Tehnološka shema otvorenog kruga za korištenje topline ispušnih plinova: 1 - peć; 2 - dovod goriva; 3 - dovod zraka; 4 - opskrba materijalom; 5 - uklanjanje plinova iz peći: 6 - tehnološka instalacija drugog stupnja; 7 - uklanjanje plina iz instalacije drugog stupnja; 8 - isporuka materijala.

Primjenom zatvorene tehnološke sheme povećava se učinkovitost korištenja goriva u tehnološkoj jedinici, tj. smanjuje izlaz VER.

Energetska shema predviđa korištenje topline iz ispušnih plinova u elektranama za proizvodnju bilo kojeg nositelja energije (toplina, električna energija, hladnoća itd.). Moguće je uzastopno postaviti nekoliko jedinica za iskorištavanje topline, na primjer, kotlove otpadne topline i ekonomizatore za grijanje mrežne vode. Dakle, energetska shema je otvorena i omogućuje uštedu goriva utrošenog na proizvodnju odgovarajućih vrsta i količina nositelja energije korištenjem energetskih resursa procesne jedinice koji smanjuju energiju (slika 3).

Kombinirana shema kombinira tehnološke i energetske sheme i osigurava kako smanjenje proizvodnje VER-ova tako i njihovu učinkovitiju upotrebu (slika 4).

Svaka od shema ima prednosti i nedostatke. Glavni kriterij za njihovu usporedbu je postignuta ušteda goriva. Međutim, ovaj kriterij još ne predstavlja osnovu za konačnu ocjenu programa. Za to je potreban tehnički i ekonomski izračun koji uzima u obzir kapitalne i pogonske troškove, održivost potrošnje energije dobivene iz topline ispušnih plinova itd.

sl.3. Energetske sheme korištenja topline ispušnih plinova: a - za proizvodnju pare; b - za proizvodnju pare i tople vode; 1 - pećnica; 2 - dovod zraka; 3 - dovod goriva; 4 - uklanjanje plinova iz peći; 5 – KU; 6 - uklanjanje pare iz HRSG; 7 - uklanjanje dima iz HRSG; 8 - dovod napojne vode u HRSG; 9 - voda za grijanje; 10 - dovod vode u grijač; 11 - izlaz tople vode.

sl.4. Kombinirana shema korištenja topline ispušnih plinova: 1 - peć; 2 - uklanjanje plinova iz peći; 3 - rekuperator; 4 - dovod zraka u rekuperator; 5 - uklanjanje dima iz rekuperatora; 6 - uklanjanje pare iz HRSG; 7 - KU; 8 - dovod napojne vode u HRSG; S - dovod zraka u peć; 10 - dovod goriva u peć.

4. Sekundarni energetski resursi gorivno-energetskog kompleksa

Svjetska proizvodnja ugljena iznosi 2025 milijuna tona godišnje (4033 rudnika). U tom slučaju nastaje oko 6 milijardi tona krutog, tekućeg i plinovitog otpada, što je oko 3 tone otpada na 1 tonu ugljena (od čega je 2,5 tona jalovine). Kod podzemne eksploatacije ugljena, specifični prinos stijene ispuštene iz rudnika na površinu je oko 0,3 tone po 1 toni iskopanog ugljena. Stvarna zapaljiva masa u industriji ugljena je samo 20% mase stijena. Udio ugljena u proizvodnji električne energije iznosi 37% (1980).

Uljni škriljevac nije ništa manje važan od ugljena. Otprilike 40% uljnog škriljevca vadi se otvorenim kopom, a 60% iz rudnika.

Otpad od rudarenja i prerade uljnog škriljevca sastoji se od otkrivke i otpada od prerade.

Razvijen je projekt prerade uljnog škriljevca (Švedska), koji predviđa vađenje 6 milijuna tona uljnog škriljevca godišnje površinskim kopovima iu rudnicima te proizvodnju 1300 tona urana godišnje. Shema prerade uljnog škriljevca predviđa primarno drobljenje, obogaćivanje u teškim medijima za uklanjanje vapnenca, preradu škriljevca sumpornom kiselinom u bubanj aparatima, držanje prerađenog materijala u hrpama, protustrujno ispiranje sumpornom kiselinom metodom infiltracije (uklanjanje urana 79% ), filtriranje otopine, ekstrakciju urana iz nje organskim otapalom, odvajanje otopinom natrijevog ili amonijevog karbonata i taloženje uranovog koncentrata. Mulj ispiranja se miješa s vapnencem i šalje na odlagalište.

Daljnje faze poboljšanja tehnologije obrade škriljevca:

korištenje energije organskog materijala izgaranjem ili rasplinjavanjem;

razvoj tehnologije za proizvodnju aluminija iz škriljevca;

kompletno kompleksno izdvajanje obojenih metala.

Emisije plinova industrijska poduzeća poput VER.

Razvoj energetike, metalurgije, transporta, kemije i petrokemije dovodi do sve veće potrošnje zraka koji se koristi kao sirovina u procesu oksidacije. Poduzeća u kemijskoj, petrokemijskoj, prehrambenoj, farmaceutskoj i brojnim drugim industrijama troše velike količine čistog zraka i ispuštaju ogromne količine otpadnih plinova koji sadrže kisik i onečišćenog ventilacijskog zraka.

Obećavajuća metoda za pročišćavanje zraka od mikronečistoća je kombinacija energetskih i kemijskih kompleksa. Razmotrimo mogućnosti kombiniranja ovih procesa korištenjem ispušnog zraka iz industrijskih poduzeća kao oksidansa, na primjer, puhanog zraka u kotlovskim pećima. U ovom slučaju osigurano je jeftino pročišćavanje onečišćenog zraka od otrovnih nečistoća i nema potrebe za potrošnjom čistog zraka za oksidaciju goriva.

Književnost

1. Laskorin B.N. Bezotpadna tehnologija mineralnih sirovina. - M.: "Nedra", 2004. - 334s.

2. Rosengart Yu.I. Sekundarni energetski resursi crne metalurgije i njihovo korištenje. - K.: "Viša škola", 2008. - 328s.

3. Richter L.A. Zaštita vodnih i zračnih bazena od emisija iz termoelektrana. Uredio Neporozhny. - M.: "Energoizdat", 2001. - 296s.

4. Seagal I.Ya. Zaštita zraka tijekom izgaranja goriva. - L.: "Nedra", 1987. - 294s.

5. Toločko A.I. Zaštita okoliša od emisija iz poduzeća crne metalurgije. - M.: "Metalurgija" 2001. - 95-te.

Potrošnja topline za grijanje sanitarni standardi opskrba vanjskim zrakom sa suvremenim metodama toplinske zaštite zatvorenih konstrukcija u stambenim zgradama čini do 80% toplinskog opterećenja na uređaji za grijanje, au javnim i upravnim zgradama - više od 90%. Stoga su energetski štedljivi sustavi grijanja u moderni dizajni zgrade se mogu stvoriti samo ako

recikliranje topline ispušnog zraka za zagrijavanje sanitarnog standarda dovodnog vanjskog zraka.

Također je uspješno bilo iskustvo korištenja jedinice za oporavak s pumpnom cirkulacijom srednje rashladne tekućine - antifriza - u upravnoj zgradi u Moskvi.

Kada se dovodne i ispušne jedinice nalaze na udaljenosti većoj od 30 m jedna od druge, sustav recikliranja s pumpnom cirkulacijom antifriza je najracionalniji i najekonomičniji. Ako se nalaze u blizini, još više učinkovito rješenje. Tako u klimatskim krajevima sa blage zime Kada vanjska temperatura zraka ne pada ispod -7 °C, naširoko se koriste pločasti izmjenjivači topline.

Na sl. Slika 1 prikazuje dijagram dizajna pločastog rekuperativnog (prijenos topline se provodi kroz pregradnu stijenku) rekuperativnog izmjenjivača topline. Ovdje je prikazan (slika 1, a) izmjenjivač topline "zrak-zrak" sastavljen od pločastih kanala, koji mogu biti izrađeni od tankog pocinčanog čeličnog lima, aluminija itd.

Slika 1.a - pločasti kanali u koje odvodni zrak L y ulazi iznad pregradnih stijenki kanala, a vodoravni dovodni vanjski zrak L pn; b - cjevasti kanali u kojima odvodni zrak L y prolazi kroz cijevi odozgo, a vanjski dovodni zrak L p.n vodoravno u međucijevnom prostoru

Pločasti kanali su zatvoreni u kućište koje ima prirubnice za spajanje na dovodne i odvodne kanale.

Na sl. 1, b prikazuje izmjenjivač topline "zrak-zrak" izrađen od cjevastih elemenata, koji također mogu biti izrađeni od aluminija, pocinčanog čelika, plastike, stakla itd. Cijevi su učvršćene u gornji i donji cijevni lim, što čini kanala za prolaz odvodnog zraka. Bočne stijenke i cijevni listovi čine okvir izmjenjivača topline, s otvorenim prednjim dijelovima, koji su spojeni na kanal za dovod zraka za dovod vanjskog zraka L p.n.

Zahvaljujući razvijenoj površini kanala i ugradnji mlaznica za turbulizaciju zraka u njima, u ovakvim izmjenjivačima topline "zrak-zrak" postiže se visoka toplinska učinkovitost θ t p.n. (do 0,75), a to je glavna prednost takvih uređaja.

Nedostatak ovih rekuperatora je potreba predgrijavanja vanjskog dovodnog zraka u električnim grijačima na temperaturu ne nižu od -7 °C (kako bi se izbjeglo smrzavanje kondenzata na strani vlažnog odvodnog zraka).

Na sl. Slika 2 prikazuje dijagram dizajna dovodne i odvodne jedinice s pločastim uređajem za povrat topline ispušnog zraka L y za zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L p.n. Dovodna i ispušna jedinica izrađene su u jednom kućištu. Filtri 1 i 4 instalirani su prvi na ulazu vanjskog dovodnog zraka L i uklonjenog ispušnog zraka L. Oba pročišćena strujanja zraka iz rada ventilatora dovoda 5 i odsisa 6 prolaze kroz pločasti izmjenjivač topline 2, gdje energija zagrijani ispušni zrak L prenosi se u dovod hladne L p.n.

Slika 2. Dijagram dizajna dovodnih i odvodnih jedinica s pločastim izmjenjivačem topline koji ima zaobilazni zračni kanal kroz dovod vanjskog zraka:1 - filtar zraka u dovodnoj jedinici; 2 - pločasti rekuperacijski izmjenjivač topline; 3 - prirubnica za spajanje zračnog kanala za unos ispušnog zraka; 4 - džepni filter za čišćenje ispušnog zraka L y; 5 - dovodni ventilator s elektromotorom na jednom okviru; 6 - ispušni ventilator s elektromotorom na jednom okviru; 7 - posuda za skupljanje kondenzirane vlage iz kanala za prolaz ispušnog zraka; 8 - cjevovod za odvod kondenzata; 9 - premosni zračni kanal za prolaz dovodnog zraka L p.n.; 10 - automatski pogon zračni ventili u zaobilaznom kanalu; 11 - grijač za dogrijavanje dovodnog vanjskog zraka, hranjen toplom vodom

Odvodni zrak u pravilu ima visok sadržaj vlage i temperaturu rosišta od najmanje +4 °C. Kada u kanale izmjenjivača topline 2 uđe hladan vanjski zrak s temperaturom ispod +4 °C, na pregradnim stijenkama će se uspostaviti temperatura pri kojoj će doći do kondenzacije vodene pare na dijelu površine kanala sa strane kretanje uklonjenog ispušnog zraka.

Nastali kondenzat će pod utjecajem strujanja zraka L y intenzivno otjecati u posudu 7, odakle se cjevovodom spojenim na cijev 8 ispušta u kanalizaciju (ili spremnik).

Pločasti izmjenjivač topline karakterizira sljedeća jednadžba toplinske bilance predane topline vanjskom dovodnom zraku:

gdje je Qtu toplinska energija koju koristi dovodni zrak; L y, L p.n - protok grijanog ispušnog i vanjskog dovodnog zraka, m 3 / h; ρ y, ρ p.n - specifične gustoće zagrijanog ispušnog i vanjskog dovodnog zraka, kg/m 3 ; I y 1 i I y 2 - početna i konačna entalpija zagrijanog odvodnog zraka, kJ/kg; t n1 i t n2, c p - početna i konačna temperatura, °C, i toplinski kapacitet, kJ/(kg · °C), vanjskog dovodnog zraka.

Pri niskim početnim temperaturama vanjskog zraka t n.x ≈ t n1 na razdjelnim stijenkama kanala, kondenzat koji pada iz ispušnog zraka nema vremena otjecati u posudu 7, već se smrzava na stijenkama, što dovodi do suženja protoka i povećava aerodinamički otpor prolazu ispušnog zraka. Ovo povećanje aerodinamičkog otpora očitava senzor, koji prenosi naredbu pogonu 10 za otvaranje zračnih ventila u obilaznom kanalu 9.

Ispitivanja pločastih izmjenjivača topline u ruskoj klimi pokazala su da kada vanjska temperatura zraka padne na tn.x ≈ tn1 ≈ -15 °C, zračni ventili u obilaznici 9 su potpuno otvoreni i sav dolazni vanjski zrak L p.n prolazi zaobilazeći pločasti kanali izmjenjivača topline 2.

Zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L p.n od t n.x do t p.n provodi se u grijaču 11, koji se napaja toplom vodom iz centralnog izvora topline. U ovom načinu rada, Qtu, izračunat jednadžbom (9.10), jednak je nuli, jer samo ispušni zrak prolazi kroz priključeni izmjenjivač topline 2 i I y 1 ≈ I y 2, tj. Nema povrata topline.

Drugi način sprječavanja smrzavanja kondenzata u kanalima izmjenjivača topline 2 je električno predgrijavanje dovodnog vanjskog zraka od t br.x do t br.1 = -7 °C. U uvjetima projektiranja hladnog razdoblja u godini u klimi Moskve, hladni dovod vanjskog zraka u električnom grijaču treba zagrijati za ∆t t.el = t n1 - t n.x = -7 + 26 = 19 ° C. Zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka pri θ t p.n = 0,7 i t u1 = 24 °C bit će t p.n = 0,7 · (24 + 7) - 7 = 14,7 °C ili ∆t t.u = 14,7 + 7 = 21,7 °C.

Izračuni pokazuju da je u ovom načinu rada zagrijavanje u izmjenjivaču topline iu grijaču zraka gotovo isto. Korištenje premosnog ili električnog predgrijanja značajno smanjuje toplinsku učinkovitost pločastih izmjenjivača topline u sustavima opskrbe i ispušne ventilacije u ruskoj klimi.

Kako bi uklonili ovaj nedostatak, domaći stručnjaci razvili su originalnu metodu za brzo periodično odmrzavanje pločastih izmjenjivača topline zagrijavanjem ispušnog zraka koji se uklanja, što osigurava pouzdan i energetski učinkovit rad jedinica tijekom cijele godine.

Na sl. Slika 3 prikazuje shematski dijagram instalacije za povrat topline otpadnog zraka X za zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L pn uz brzo uklanjanje smrzavanja kanala 2 radi poboljšanja prolaza otpadnog zraka kroz pločasti izmjenjivač topline 1.

Zračnim kanalima 3 izmjenjivač topline 1 spojen je na prolazni put dovodnog vanjskog zraka L pn, a zračnim kanalima 4 na prolazni put uklonjenog odvodnog zraka L y.

Slika 3. Shematski dijagram Primjena pločastog izmjenjivača topline u ruskoj klimi: 1 - pločasti izmjenjivač topline; 2 - pločasti kanali za prolaz hladnog dovodnog vanjskog zraka L pn i toplog odvodnog zraka L y; 3 - spojni zračni kanali za prolaz dovodnog vanjskog zraka L p.n.; 4 - spojni zračni kanali za prolaz uklonjenog ispušnog zraka L y; 5 - grijač u struji ispušnog zraka L na ulazu u kanale 2 pločastog izmjenjivača topline 1.6 - automatski ventil na cjevovodu za dovod tople vode G w g; 7 - električni priključak; 8 - senzor za nadzor otpora protoka zraka u kanalima 2 za prolaz ispušnog zraka L y; 9 - odvod kondenzata

Na niske temperature dovod vanjskog zraka (t n1 = t n. x ≤ 7 °C) kroz stijenke pločastih kanala 2, toplina iz otpadnog zraka potpuno se prenosi na toplinu koja odgovara jednadžbi toplinske bilance [vidi. Formula 1)]. Smanjenje temperature ispušnog zraka događa se s obilnom kondenzacijom vlage na stijenkama pločastih kanala. Dio kondenzata uspijeva otjecati iz kanala 2 i odvodi se kroz cjevovod 9 u kanalizacijski sustav (ili spremnik). Međutim, većina kondenzata se smrzava na stijenkama kanala 2. To uzrokuje povećanje pada tlaka ∆P y u protoku ispušnog zraka, mjereno senzorom 8.

Kada se ∆R y poveća na konfiguriranu vrijednost, sa senzora 8 putem žičane veze 7 bit će poslana naredba za otvaranje automatskog ventila 6 na cjevovodu za dovod tople vode G w g u cijevi grijača 5 ugrađenog u zračni kanal 4 za dovod uklonjenog ispušnog zraka u pločasti izmjenjivač topline 1. Kada se otvori automatski ventil 6, vruća voda G w g teći će u cijevi grijača 5, što će uzrokovati povećanje temperature uklonjenog zraka t y 1 na 45-60 ° C.

Kada ispušni zrak visoke temperature prolazi kroz kanale 2, led će se brzo odlediti sa stijenki kanala, a nastali kondenzat će kroz cjevovod 9 otjecati u kanalizaciju (ili u spremnik kondenzata).

Nakon odmrzavanja leda pad tlaka u kanalima 2 će se smanjiti, a senzor 8 će preko priključka 7 poslati naredbu za zatvaranje ventila 6 i prestati dovod tople vode u grijač 5.

Razmotrimo proces povrata topline na I-d dijagram, predstavljen na Sl. 4.

Slika 4. Iscrtavanje na I-d dijagramu načina rada u moskovskoj klimi rekuperacijske jedinice s pločastim izmjenjivačem topline i odmrzavanje pomoću nove metode (prema dijagramu na slici 3). U 1 - U 2 - projektni način oduzimanja topline iz otpadnog zraka; N 1 - N 2 - grijanje s povratom topline dovodnog vanjskog zraka u projektiranom načinu rada; U 1 - U pod 1 - zagrijavanje ispušnog zraka u načinu odmrzavanja lamelarnih kanala za prolaz ispušnog zraka od mraza; U 1. vrijeme - početni parametri uklonjenog zraka nakon prijenosa topline za odmrzavanje leda na stijenkama pločastih kanala; H 1 -H 2 - grijanje dovodnog vanjskog zraka u načinu odmrzavanja pločastog izmjenjivača topline

Procijenimo utjecaj metode odmrzavanja pločastih izmjenjivača topline (prema dijagramu na slici 3) na toplinsku učinkovitost načina povrata topline otpadnog zraka koristeći sljedeći primjer.

PRIMJER 1. Početni uvjeti: U velikoj moskovskoj (t n.h = -26 °C) industrijskoj i administrativnoj zgradi, jedinica za povrat topline (HRU) koja se temelji na rekuperativnom pločastom izmjenjivaču topline (s indikatorom θ t n.h = 0,7) instalirana je u dovodu i sustav ispušne ventilacije). Volumen i parametri ispušnog zraka koji se uklanja tijekom procesa hlađenja su: Lu = 9000 m3/h, tu1 = 24 °S, Iy1 = 40 kJ/kg, tr.u1 = 7 °S, du1 = 6,2 g/kg (vidi konstrukciju na I-d dijagramu na slici 4). Dobavni vanjski protok zraka L p.n = 10 000 m 3 /h. Izmjenjivač topline se odmrzava povremenim povećanjem temperature ispušnog zraka, kao što je prikazano na dijagramu na sl. 3.

Potrebno: Utvrditi toplinsku učinkovitost načina povrata topline pomoću nove metode periodičnog odmrzavanja ploča aparata.

Rješenje: 1. Izračunajte temperaturu dovodnog vanjskog zraka zagrijanog povratnom toplinom u projektiranim uvjetima hladnog razdoblja godine pri tn.x = tn1 = -26 °C:

2. Izračunavamo količinu povratene topline tijekom prvog sata rada rekuperacijske instalacije, kada smrzavanje pločastih kanala nije utjecalo na toplinsku učinkovitost, ali je povećalo aerodinamički otpor u kanalima za prolaz uklonjenog zraka:

3. Nakon sat vremena rada tehničke upravljačke jedinice u izračunatoj zimski uvjeti sloj inja nakupljen na stijenkama kanala, što je uzrokovalo povećanje aerodinamičkog otpora ∆R u. Odredimo moguću količinu leda na stijenkama kanala za prolaz ispušnog zraka kroz pločasti izmjenjivač topline formirane unutar jednog sata. Iz jednadžbe toplinske bilance (1) izračunavamo entalpiju ohlađenog i osušenog odvodnog zraka:

Za primjer koji razmatramo, pomoću formule (2) dobivamo:

Na sl. Na slici 4 prikazana je konstrukcija na I-d dijagramu načina grijanja dovodnog vanjskog zraka (proces H 1 - H 2) s povratom topline otpadnog zraka (proces U 1 - U 2). Crtanjem I-d dijagrama dobili smo preostale parametre ohlađenog i osušenog odvodnog zraka (vidi točku U 2): t u2 = -6,5 °S, d u2 = 2,2 g/kg.

4. Količina kondenzata koji pada iz ispušnog zraka izračunava se pomoću formule:

Pomoću formule (4) izračunavamo količinu hladnoće utrošenu na snižavanje temperature leda: Q = 45 4,2 6,5/3,6 = 341 W h. Sljedeća količina hladnoće utroši se na stvaranje leda:

Ukupna količina energije utrošena na stvaranje leda na razdjelnoj površini pločastih izmjenjivača topline bit će:

6. Iz konstrukcije na I-d dijagramu (sl. 4) jasno je da pri protustrujnom kretanju duž pločastih kanala dovodnog L p.n i odvodnog L zraka struji na ulazu u pločasti izmjenjivač topline najhladniji vanjski zrak. prolazi s druge strane pregradnih stijenki pločastih kanala ohlađenih do negativne temperature ispušni zrak. Upravo u tom dijelu pločastog izmjenjivača topline dolazi do intenzivnog stvaranja leda i inja koji će blokirati kanale za prolaz odvodnog zraka. To će uzrokovati povećanje aerodinamičkog otpora.

U isto vrijeme, upravljački senzor će dati naredbu za otvaranje automatskog ventila za toplu vodu koja ulazi u cijevi izmjenjivača topline, montiranog u kanalu odvodnog zraka prije pločastog izmjenjivača topline, čime će se osigurati zagrijavanje odvodnog zraka na temperaturu t .sub.1 = +50 °C.

Ulaskom vrućeg zraka u kanale ploča osigurano je odmrzavanje smrznutog kondenzata unutar 10 minuta, koji se u tekućem obliku odvodi u kanalizacijski sustav (u spremnik). Za 10 minuta zagrijavanja odvodnog zraka troši se sljedeća količina topline:

ili pomoću formule (5) dobivamo:

7. Toplina dovedena do grijača 5 (slika 3) djelomično se troši na topljenje leda, za što će prema izračunima u stavku 5 biti potrebno Q t.ras = 4,53 kWh topline. Za prijenos topline na dovodni vanjski zrak iz topline potrošene u grijaču 5 za zagrijavanje odvodnog zraka, ostat će toplina:

8. Temperatura zagrijanog odvodnog zraka nakon utroška dijela topline na odmrzavanje izračunava se po formuli:

Za primjer koji razmatramo, pomoću formule (6) dobivamo:

9. Ispušni zrak zagrijan u grijaču 5 (vidi sliku 3) ne samo da će pomoći odmrzavanju leda kondenzata, već će također povećati prijenos topline na dovodni zrak kroz pregradne stijenke pločastih kanala. Izračunajmo temperaturu grijanog dovodnog vanjskog zraka:

10. Količina topline prenesena za zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka tijekom 10 minuta odmrzavanja izračunava se formulom:

Za razmatrani način, pomoću formule (8) dobivamo:

Izračun pokazuje da u razmatranom načinu odleđivanja nema gubitaka topline, budući da se dio topline grijanja iz uklonjenog zraka Q t.u = 12,57 kWh prenosi na dodatno zagrijavanje dovodnog vanjskog zraka L p.n do temperature t n. 2.times = 20 ,8 °C, umjesto t n2 = +9 °C kada se koristi samo toplina odvodnog zraka s temperaturom t u1 = +24 °C (vidi stavak 1).