УДК 621.300

 

Разработка кольцевых теплонасосных систем отопления

для промышленного уранодобывающего предприятия

Абильдинова С.К., Есеналина К.А.

Казахский национальный университетим. аль- Фараби

Алматинский университет энергетики связи, г.Алматы

 

В настоящее время применение теплонасосных технологий для производства теплоты является одним из эффективных энергосберегающих способов, позволяющих экономить органическое топливо, снижать загрязнение окружающей среды, удовлетворять нужды потребителей в технологическом тепле.

           В зданиях промышленного предприятия  средних и больших размеров эффективно функционирует закрытая водяная кольцевая система, включающая столько реверсивных тепловых насосов, сколько имеется участков или зданий для обслуживания. Основа такой кольцевой теплонасосной системы ТНС - единый водяной контур, по которому циркулирует вода, с подключенными к нему тепловыми насосами, тепло и холодоснабжающим оборудованием [1]. Схема функционирует по принципу перераспределения тепла между зданиями.

          В такой системе  существенно снижаются затраты энергии на функционирование самой системы, в конечном итоге это приводит к значительному снижению финансовых затрат на содержание зданий и, соответственно, повышению доходности бизнеса.

  Промышленная площадка по производству и добыче урана методом подземного скважинного выщелачивания ПСВ расположена на территории Сузакского района Южно-Казахстанской области. Теплоснабжение систем отопления, вентиляции, ГВС   промышленной  площадки ведется за счет работы трех котельных контейнерного исполнения, работающих на дизельном топливе. Обследование отопительной мощности ныне существующей системы отопления и расчет теплопотерь отдельных производственных зданий показало, что они не доотапливаются, и что это приводит к ненормированным температурам в помещениях. В связи с этим принято решение об установке еще одной котельной контейнерного типа.

   В качестве альтернативного решения существующей проблемы нами

предложена частичная реконструкции существующей системы отопления и установка вместо котельной на дизельном топливе  кольцевой теплонасосной системы отопления с использованием реверсивных тепловых насосов.

   Проектируемая кольцевая теплонасосная система обеспечит теплом

несколько зданий промышленной площадки: аффинажный цех, ЦППР, два склада.  Общие расчетные теплопотери этих объектов составляют 827,8 кВт.

Здания которые необходимо отапливать кольцевой системой расположены в небольшом отдалении от пескоотстойника ПР, объем которого составляет 3000 м3. Через данный пескоотстойник проходит продуктивный раствор, который используется в основном технологическом цикле, температура которого колеблется от 20 до 25°С. Данный продуктивный раствор можно использовать, в качестве низкопотенциального источника тепла, для работы тепловых насосов предлагаемой кольцевой системы.

В кольцевой системе необходимо установить несколько реверсивных ТН, которые будут использоваться для производства, как тепла, так и холода в зависимости от потребностей различных объектов промышленной площадки. Если количество ТНУ, работающих в режиме нагрева, будет равно количеству ТНУ, работающих в режиме охлаждения, то система не потребует поступления тепла извне или удаления его наружу. 

           На рисунке 1 показана блочная схема кольцевой теплонасосной системы. На промышленной площадке для покрытия теплофикационной нагрузки на отапливаемых складах, аффинажном цехе и ЦППР (4,3,2) устанавливаются тепловые насосные станции, исходя из нагрузки данных помещений, а так же тепловая насосная станция около пескоотстойника, преобразующая низкопотенциальное тепло в высокопотенциальное. Все перечисленные ТНУ объединены в одно кольцо и между ними происходит обмен теплом.

 

Рисунок 1 – Генеральный план расположения кольцевой теплонасосной системы теплоснабжения

 

          Тепловой насос, работающий на преобразование теплоты из раствора содержащегося в пескоотстойнике ПР, выбрасывает тепловую энергию в основное кольцо, а остальные ТНУ используют данную систему в качестве низкотемпературного источника теплоты. Для нормальной работы ТНУ температура воды в контуре должна быть в пределах от 18°С до 35°С.

В местные системы отопления производственных зданий после ТН поступает

сетевая вода при температуре 55°С. Энергозатраты на работу всего кольцевого контура заключаются только в затратах на работу циркуляционного насоса и индивидуальных тепловых насосных установок.

         Проведено обоснование и расчет выбора основного и вспомогательного оборудования кольцевой системы теплоснабжения. Для выбора  необходимых марок ТН типа вода-вода и расчета его характеристик 

использована программа FHP Manufacturing Chiller Application Data (SI), Version 4.05, известной фирмы изготовителя теплонасосной техники [2].

           На рисунке 2 представлено окно запуска данной программы для выбора ТН пескоотстойника и расчета температур и расходов рабочих жидкостей на стороне источника и нагрузки, давлений всасываемого и нагнетаемого фреона-410 А в термодинамическом цикле установки, а также коэффициента преобразования энергии КОП теплового насоса.

 

 

Рисунок 2 - Выбор ТНУ пескоотстойника и его характеристик

 

 На пескоотстойнике, исходя из суммарного расчетного значения теплопотерь, решено установить 5 тепловых насоса марки  WW 420 с единичной теплопроизводительностью  =134,2 кВт.

           Результаты расчета характеристик выбранных ТН приведены в таблице 1.

 

Таблица 1.

Название объекта

Количество

ЦППР

Аффин.цех

склады

общее

1

2

 

3

4

5

Марка ТНУ

*

ww240 *4

ww360 *2

ww240 *1

ww420 *5

Qнеобх.

кВт

436

277,8

114

671

Расход жидкости на источнике

л/с

4

5,9

5,8

5

Расход жидкостина нагрузке

л/с

1,57

1,76

1,6

7,9

Температуражидкости  на входе в источник

°С

35

35

35

20

Температура жидкости выходе нагрузки

°С

35

35

35

30,5

Потери давления на источнике

кПа

39,1

46,7

76

38

Потери давления на  нагреват.

кПа

6,8

5

7

79

Мощность конденсатора

кВт

127,4

142,3

129,9

146,9

Мощность испарителя

кВт

105,8

117,9

108,2

122,1

Потребл.мощноть

кВт

21,6

24,4

21,6

24,9

Коэффициент преобразования

энергии КОП

кВт/кВт

5,9

5,8

6

5,9

Тем-равых.жид на источн.

°С

28,7

30,2

30,5

14,2

Тем-равых.жид на нагрузи

°С

54,4

54,4

54,4

35

Давление нагнетания в фреоновом контуре

кПа

3174

3154

3177

2370

Давление всасывания в фреоновом контуре

кПа

1257

1285

1286

864

 

          На основе данных таблицы 1 и значения тепловой мощности, передаваемой в кольцевую систему, рассчитаны диаметры участков подающего и обратного трубопроводов кольцевой систем ТНУ и определены их протяженности. Результаты гидравлического расчета позволяют в дальнейшем провести выбор вспомогательного оборудования  предлагаемой системы теплоснабжения.

         Кольцевая теплонасосная система теплоснабжения позволяет многократно использовать теплоту внутри зданий и значительно сократить его подведение извне. Вторичное использование теплоты может быть умножено за счет использования утилизированной вторичной теплоты источников низкого потенциала, как продуктивный раствор технологического цикла добычи урана.

Литература

1. Шабанов В.Е. Применение кольцевых теплонасосных систем. АВОК- Теплоснабжение.- №4,2006 г.

2. info@es-co.ru,www.es-co.ru //тепловые насосы для климатических систем каталог.