Источники низкопотенциальной тепловой энергии

Нагнетатель – гидравлическая машина, в которой происходит преобразование механической работы в механическую энергию жидкости. Основное назначение нагнетателя – повышение полного  давления перемещаемой среды.

Насос – устройство, служащее для напорного перемещения (всасывания, нагнетания) главным образом  капельной жидкости в результате сообщения ей энергии. Насосы в основном классифицируют по принципу действия и конструкции. В этом смысле их подразделяют на объемные и динамические.

Компрессором называют воздуходувную машину, предназначенную  для сжатия и подачи воздуха или  какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа.

Объемные компрессоры  работают по принципу вытеснения, когда  давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. В таких компрессорах среда перемещается путем периодического изменения объема камеры, попеременно  сообщающейся со входом и выходом  компрессора. К ним относятся  возвратно-поступательные (поршневые) и роторные (аксиально и радиально-поршневые, шиберные (пластинчатые), винтовые и  т.п.) компрессоры.

К преимуществам  объемных компрессоров относятся:

- возможность развивать  напор независимо от подачи;

- высокий КПД;

- способность перекачивать  жидкости различных вязкости  и температуры;

- возможность перекачивать  жидкости, содержащие твердые взвеси;

- хорошая всасывающая  способность;

- отсутствие пенообразования.

К недостаткам объемных компрессоров относятся:

- сложность конструкции;

- сложная система  регулирования подачи;

- пульсирующая подача  перекачиваемой жидкости.

Динамические компрессоры  работают по принципу силового действия на перемещаемую среду. В таких компрессорах среда под воздействием гидродинамических  сил перемещается в камере (незамкнутом  объеме), постоянно сообщающейся с  входом и выходом компрессора. К  ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели  и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т.п.).

Лопастными называют компрессоры, в которых среда  перемещается за счет энергии, передаваемой ей при обтекании лопастей рабочего колеса. Лопастные компрессоры объединяют две большие группы компрессоров: центробежные и осевые. В центробежных компрессорах среда перемещается через  рабочее колесо от центра к периферии, а в осевых – через рабочее  колесо в направлении его оси.

В компрессорах трения и инерции среда перемещается под действием сил трения и  сил инерции. В эту группу входят вихревые, лабиринтные, червячные и  другие насосы. Среди них выделяют группу насосов-аппаратов, то есть насосов  без движущихся частей (не считая клапанов). К этой группе относятся струйные насосы, эрлифты, вытеснители.

Часто насосы поставляют в виде насосного агрегата, то есть насоса и двигателя соединенных  между собой. Кроме того, существует понятие насосная установка, то есть насосный агрегат с комплектом оборудования, смонтированного по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса в заданных условиях.

8. Требования к  компрессорам

При проектировании и изготовлении современных компрессоров предусматривают максимальную унификацию и стандартизацию конструкций, то есть создание одинаковых узлов и деталей  для компрессоров с неодинаковой холодопроизводительностью и работающих на разных холодильных агентах. Унификация и стандартизация конструкций значительно  облегчают организацию серийного  производства, снижают себестоимость  производства и ремонта.

Компрессоры, используемые в системах теплогазоснабжения и  вентиляции, должны удовлетворять следующим  основным требованиям:

- соответствие фактическим  параметрам работы (давление, расход  и мощность) заданным расчетным  условиям;

- возможность регулирования  подачи и давления в определенных  пределах;

- устойчивость и  надежность в работе;

- простота монтажа;

- бесшумность при  работе.

9. Область применения  различных насосов, нагнетателей  и компрессоров

Нагнетатели различных  типов находят широкое применение в системах вентиляции и кондиционирования  воздуха гражданских, общественных и промышленных зданий, в системах тепло-, газо и водоснабжения, в различных  теплоэнергетических установках, в  химической, добывающей, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

Наибольшее применение получили радиальные (центробежные) нагнетатели  со спиральным кожухом общего и специального назначения. Используемые в качестве насосов, они создают напор 3500 м  и более и имеют подачу 100 000 м3/ч в одном агрегате; при использовании  в качестве вентиляторов их подача достигает 1 000 000 м3/ч в одном агрегате.

Центробежные насосы в системах теплоснабжения применяют  для подачи сетевой воды. В теплоэнергетических  установках центробежные насосы применяют  для питания котлоагрегатов, а  также для подачи конденсата в  системе регенеративного подогрева  питательной воды и циркуляционной воды в конденсаторы турбин. Их используют также в системах гидрозолоудаления. Центробежные насосы применяют для  подачи различных растворов и  реагентов в технологических  системах производств; в строительной и угольной промышленности – при  гидромеханизации разработки грунтов  и при гидравлическом способе  добычи угля; в торфяной промышленности – для разработки залежей торфа  и подачи смеси торфа с водой.

Осевые нагнетатели  широко применяются как в качестве вентиляторов, так и в качестве насосов. В последние годы в связи  с увеличением мощностей паровых  турбин циркуляционная вода в конденсаторы турбин подается быстроходными осевыми  насосами.

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости  создания большого напора или малой  подачи. Поэтому их широко применяют  в химической промышленности для  подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.

Поршневые насосы применяют  для питания паровых котлоагрегатов малой паропроизводительности и  в качестве дозаторов реагентов  для поддерживания требуемого качества питательной и котловой воды крупных  котлоагрегатов. На тепловых электростанциях  поршневые компрессоры служат для  обдува поверхностей нагрева котельных  агрегатов с целью их очистки  от летучих золы и сажи, а также  для снабжения воздухом пневматического  инструмента и прессов.

Роторные нагнетатели  применяют на электростанциях в  системах смазки и регулирования  турбин (шестеренные насосы), часто  используют в качестве компрессоров.

Струйные нагнетатели  получили широкое применение во многих отраслях народного хозяйства: в  промышленной теплоэнергетике; в теплофикационных установках – в качестве элеваторов на вводах теплосети в здание; в  системах вентиляции цехов химических предприятий, взрыво, пожароопасных  помещений – в качестве эжекторов  в вытяжных установках; в холодильных  установках и для питания паровых  котлов в передвижных паросиловых  установках – в качестве инжекторов; в установках пневмо и гидротранспорта, водоснабжения и др. Струйные насосы используют для удаления воздуха  из конденсаторов паровых турбин и в абонентских теплофикационных вводах в качестве смесителей прямой и обратной воды.

Центробежные компрессоры  являются основным видом компрессорных  машин в химическом и металлургическом производствах. Эти машины получают распространение в системах магистрального газоснабжения.

Компрессоры используются практически во всех отраслях народного  хозяйства. Сжатый воздух как энергоноситель применяется в различных пневматических устройствах на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах, в горно-добывающей и нефтяной промышленности, при производстве строительных и  ремонтных работ. Компрессоры необходимы в газовой промышленности при  добыче, транспортировке и использовании  природных и искусственных газов.

В химической промышленности газовые многоступенчатые компрессоры  используются в циклах синтеза химических продуктов при высоком давлении. В последнее время сжатый воздух, получаемый от поршневых компрессоров, находит применение в текстильной  промышленности как энергоноситель для проведения ткацкого процесса.

В установках умеренного и глубокого холода, а также  в газотурбинных установках компрессоры  являются органической частью, в значительной степени, определяющей экономичность  агрегатов.

10. Кондиционирование.  Пассивное и активное. Принцип

Принцип холодоснабжения  очень прост. В зимнее время тепловой насос «трансформирует» тепло из окружающей среды для использования  в системе отопления. Летом, наоборот, «холод» из скважины (7-9 градусов) используется, чтобы создать необходимый климат в помещениях дома. Фанкойлы подключаются к внешнему коллектору, а принцип  работы системы холодоснабжения  такой же, как и системы отопления, за исключением того, что вместо радиаторов используются фанкойлы.

Пассивное охлаждение

При пассивном охлаждении компрессор теплового насоса не работает, и теплоноситель просто циркулирует  между скважиной и фанкойлами. Таким образом, холод из скважины напрямую поступает в систему  кондиционирования.

Активное охлаждение

Если пассивного охлаждения не достаточно, в системе  кондиционирования используется холод, производимый тепловым насосом. При  этом автоматически включается компрессор теплового насоса, и теплоноситель  из скважины дополнительно охлаждается  тепловым насосом.

12. Оценка технического  потенциала возможного использования  НПТ СЦТ

(Низко Потенциальной  Теплоты в Системах Центрального  Теплоснабжения)

Самым важным в техническом  отношении является то, что имеются  связи между тепломагистралями  ТЭЦ и РК, которые используются сейчас только в чрезвычайных случаях. Это обстоятельство можно весьма выгодно использовать для утилизации бросового НПТ ТЭЦ с помощью  применения ТНУ.

Существенным здесь  является возможность трансформации  НПТ ТЭЦ с высоким коэффициентом  преобразования (КОП) на уровне 6-8 и  возможно это благодаря наличию  перемычек между тепломагистралями  ТЭЦ и РК. Учитывая, что температурные  графики сетевой воды в городских  теплосетях ТЭЦ и РК совпадают (а  если и различаются, то незначительно), то преобразование НПТ ТЭЦ с помощью  теплонаносных станций (ТНС) термодинамически становится выгодным.

Технологический процесс  полезного вовлечения НПТ ТЭЦ  осуществляется за счет ее передачи на более высоком температурном  уровне обратной сетевой воды теплосети  РК и происходит это следующим  образом:

Поток обратной сетевой  воды (ОСВ), возвращаемый на ТЭЦ, проходит через испарители ТНУ и захолаживается до температуры 30 °С (в каждом конкретном случае температура захоложенной ОСВ  обосновывается с учетом региональных особенностей СЦТ) и, в конечном итоге, подается в конденсатор паровой  турбины (в основной или во встроенный т/о пучок), где и происходит нагрев захоложенной ОСВ, т.е. конденсатор  выполняет функции дополнительного  подогревателя ОСВ и, таким образом, в нем происходит утилизация НПТ  ТЭЦ. В настоящее время НПТ  на ТЭЦ полностью выбрасывается  в окружающую среду с помощью  системы охлаждения технической  воды (СОТВ);

В свою очередь, поток  ОСВ, возвращаемый на РК, на той же ТНС  проходит через конденсаторы ТНУ  и нагревается на 15-25 °С (при необходимости  можно и больше), что, в конечном итоге, приводит к существенному  сокращению расхода топлива на РК.

Чтобы реализовать  такую схему утилизации, с одной  стороны, должны быть задействованы  перемычки между тепломагистралями  ТЭЦ и РК, в этой части нет  проблем, с другой, должны быть решены вопросы взаиморасчетов между ТЭЦ  и РК, исходя из принадлежности ТНС  и долевого участия инвесторов в  сооружении ТНС.

Что касается вопросов технической реализации использования  захолаженной ОСВ на ТЭЦ, то они были достаточно углубленно проработаны  применительно к теплофикационным турбинам типа Т-250/300-240 специалистами  ОАО «Уральский ТМЗ». В результате были установлены техническая осуществимость, возможностью целесообразность подачи в конденсатор захоложенной ОСВ  для ее нагрева теплотой отработавшего  пара.

Оценки масштабов  экономии энергоресурсов за счет применения тепловых насосов в СЦТ показывают, что на энергообъектах РАО «ЕЭС России»  можно повторно вовлечь в систему  теплоснабжения крупных городов  не менее 45-50 % НПТ с КОП на уровне 6-8 и до 60-70 % НПТ с КОП на уровне 4-5. В первом случае потребление электроэнергии на привод компрессоров будет минимальным (для ТНУ компрессионного типа). При этом необходимо отметить, что  около 40% сброса НПТ ТЭЦ приходится на отопительный период и около 60% НПТ  – на неотопительный период. Ниже все  оценки эффективности применения ТНУ  проводятся с ориентацией на вовлечение бросовой теплоты ТЭЦ РАО «ЕЭС России» для уровня 45-50% НПТ, что  не должно вызвать непреодолимых  технических трудностей, благодаря  уже сложившимся связям между  тепловыми сетями ТЭЦ и РК.