УДК 662.613
к.т.н.,
ст.преподователь АУЭС Бахтияр Балжан Торепашкызы
Применения
тепловых насосов в промышленности
При оценке
эффективности работы тепловых насосов используется специальный коэффициент
преобразования энергии (j), обозначающий во сколько раз больше производится (тепловой) энергии в
сравнении с затраченной (электрической
энергией). Этот коэффициент для предлагаемых насосов находится в пределах от
3,6 до 8,0. Значение коэффициента зависит от температуры охлаждаемой воды (или
другого низкопотенциального теплоносителя). Применения тепловых насосов
в промышленности можно указать
следующие: дистилляция, ректификация, выпаривание, сушка и обезвоживание,
утилизация теплоты, кондиционирование воздуха и вентиляция здания.
Привлекательность тепловых насосов обусловлена следующими факторами:
- позволяют затрачивать на выработку единицы
тепла в полтора-два раза меньше органического топлива;
- максимально экологически чистый источник
тепла;
-
используют (утилизируют) рассеянное тепло естественного (тепловая
энергия воды, воздуха, почвы) или техногенного происхождения (тепло
промышленных и сточных вод, вентиляционных труб и дымовых газов,
технологических процессов и т.д.) с температурой от 8 до 40 °С, то есть тепло, которое может
быть эффективно применено с помощью специального оборудования;
- тепловой насос - единственная машина,
вырабатывающая тепло с эффективностью, достигающей до 800 % при стоимости тепловой энергии в
1,5 - 2,5 раза ниже по сравнению с котельной;
- высокий уровень автоматизации процесса
получения тепла с гибкой схемой, позволяющий получать оптимальное количество
тепла для конкретных условий во времени и погодных условий.
|
(0С) |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
|
(j) |
3,6 |
4,06 |
4,6 |
5,35 |
5,98 |
6,64 |
7,19 |
7,93 |
Приведем
сравнительный расчет эффективностей работы котельных на угле и теплового
насоса.
Так, по
данным российских специалистов, для производства 1 Гкал (=1163 кВт-ч) тепла на
угольной котельной с эффективностью
использования топлива в 60 % при сжигании угля с теплотворной способностью 4000
ккал/кг (= 17 Мдж/кг) потребуется 420 кг угля. В тепловом насосе (при (j)=4), то есть при
использовании тепла воды, имеющей температуру всего +10 0С, тепловую
энергию в 1 Гкал можно получить, затратив 277 кВт- ч электроэнергии. Исходя из
сложившегося соотношения цен на электрическую и тепловую энергию, стоимость
выработанного тепловым насосом тепла ( в указанных пределах (j)) будет от 1,6 до 3,7
раза ниже стоимости централизованного теплоснабжения и в 2-3 раза ниже, чем в
угольных и мазутных котельных малой и средней мощности. Таким образом,
теплонасосная станция мощностью 1 Гкал/час (1,16 Мвт) экономит до 2100 тонн угля в год.
Ниже в
таблице 2
представлены результаты сравнения различных видов теплоисточников с тепловыми
насосами по себестоимости и срокам окупаемости.
|
Вид теплоисточника |
Себестоимость |
Сроки окупаемости |
|
Электрокотельные |
ниже в 4 – 5 раз |
1 – 2 года |
|
Угольные
котельные |
ниже в 1,8 – 2,1 раза |
2,5 – 3,5 года |
|
Котельные
на жидком топливе |
ниже в 2,5 – 5,5 раза |
2 – 3 года |
|
Газовые
котельные |
ниже в 1,5 – 2,5 раза |
2 – 3 года |
В
промышленно развитых странах мира тепло насосных установках нашли широкое применение также в различных отраслях
промышленности при использовании низко потенциальной
теплоты технологических
производственных процессов, а также в
жилищно-коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве. Приведенные примеры
свидетельствуют о том, что в мировой практике меняется стратегия
теплоснабжения: происходит переход от традиционного сжигания органического
топлива к использованию тепловых насосов с применением тепла рассеянного
естественного (тепловая энергия воды, воздуха, почвы) или техногенного
происхождения (тепло промышленных и сточных вод, вентиляционных труб и дымовых
газов, технологических процессов и т.д.) с температурой от 8 до 40 °С, то есть
тепла, которое может быть эффективно применено с помощью специального
оборудования – ТНУ. В странах СНГ внедрение ТНУ не получило достаточно широкого
распространения по целому ряду причин (относительно низкая стоимость
органического топлива до середины 90-х годов ХХ века, ориентация на
централизованное теплоснабжение и отсутствие необходимого оборудования),
находится на начальной стадии, так, например, в России работает всего свыше 150
ТНУ/4-9/, а в других странах, в том
числе и в Республике Казахстан – их буквально единицы /10-18/. Эффективность же
применения тепловых насосов в Республике Казахстан будет более высока, чем в
большинстве развитых стран, из-за жестких климатических условий и значительно
более продолжительного отопительного периода, достигающего от 200 до 250 дней в
году.
И это уже подтверждается опытом эксплуатации тепловых насосов, работающих в странах СНГ(в первую очередь, в России) от Литвы до Камчатки на различном низкопотенциальном тепле от 5 до 40 °С, срок окупаемости которых составляет 1 - 2,5 года. Поэтому мировая тенденция преимущественного развития теплонасосного теплоснабжения неминуемо и очень скоро коснется и Республики Казахстан.
Применяя
тепловые насосы в таких крупных
городах, какими являются Алматы, Астана, Караганда, Усть-Каменогорск и др.,
можно отказаться в ряде районов этих населенных пунктов от ТЭЦ (вырабатывать
только электроэнергию) и малоэффективной транспортировки тепла по гигантским
трубопроводам, которые требуют колоссальных затрат на эксплуатацию, приводят к
значительным потерям тепла и большим
выбросам вредных веществ в атмосферу, в том числе и СО2. Применительно
к условиям большей части территории страны в
качестве низкопотенциального источника теплоты в ТНУ могут применяться
как теплота
земли, грунтовых и артезианских вод, воздуха,
водоемов (реки, озера, воды шахт), так и отходящие газы от агрегатов промышленных предприятий,
промышленные и очищенные бытовые стоки, воды технологических циклов и т.д. Для территории Казахстана характерен резко
континентальный климат с суровыми зимами
с температурой до – 40 0С, а температура воды, подаваемой в систему отопления с помощью ТНУ составляет 65 0С,
что соответствует ГОСТ.
Список литературы:
1. Мартыновский В.С.
Тепловые насосы.- М: Госэнергоиздат, 1975 – 192
2. Бубялис Э., Марцинаускас
К., Шкема Р. Возможности и перспективы применения тепловых насосов в производстве низкопотенциальной теплоты. //
Денисова Промышленная энергетика, 2000, т.22, № 3
2.
Денисова
А.Е., Мазуренко А.С., Тодорцев Ю.К.,Дубковский В.А. Использование энергии
грунта в теплонасосных гелиосистемах энергоснабжения. //Экотехнологии и
ресурсосбережение, 2000, № 1
3. Закиров Д.Г. Утилизация вторичных энергетических ресурсов и
использование возобновляемых источников энергии с применением тепловых насосов
– основной путь сжигания энергоемкости
производства. //Промышленная энергетика, 2002, № 5,
4. Проценко В.П., Горшков В.Г.,
Осипович С.В. Опыт внедрения и перспективы развития теплонасосных установок в
Чувашской Республике. // Энергосбережение и водоподготовка, №3, с.37-41.