CC BY
24
УДК 621.577
АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
М.А. ТАЙМАРОВ, В.М. ТАЙМАРОВ, А.Л. ОСИПОВ
Дается анализ экономичности применения для целей теплоснабжения парокомпрессионных и абсорбционных теплонасосных установок в сопоставлении с традиционными схемами теплоснабжения от котельных и ТЭЦ.
Предприятия теплоэнергетики и промышленности потребляют огромное количество воды для охлаждения машин и рабочих тел в различных технологических процессах. Объем оборотной и повторно используемой в промышленности воды составляет по России 61 % от всей используемой промышленностью воды. Эти низкопотенциальные энергоносители имеют круглый год температуру 20...40 °С, практически не позволяющую использовать теплоту непосредственно, и охлаждаются в градирнях или других испарительных охладителях, отдавая в атмосферу вместе с теплотой и часть воды. При замене градирен и других охладителей испарителями тепловых насосов степень охлаждения воды (перепад температуры) при сохранении расхода воды также сохраняется. Приведенные значения применяемых на практике перепадов температуры 3—20 °С (в среднем около 10 °С) вполне согласуются с режимами работы тепловых насосов. Вода, однократно потребляемая в энерготехнологических процессах (около 40 % всего объема), в конечном итоге сбрасывается в естественные водоемы. При современных требованиях к защите окружающей среды промышленные и коммунально-бытовые стоки перед сбросом в водоемы должны проходить сложную систему очистки.
Таким образом, сложилась ситуация, с одной стороны характеризующаяся наличием большого количества низкопотенциальной тепловой энергии воды, сброс которой без ущерба природе встречает все большие трудности, а с другой стороны - существует рациональный способ использования тепловых отходов— теплонасосное преобразование низкопотенциальной (практически непригодной тепловой энергии) в тепловую энергию более высокой температуры, способную удовлетворить определенную часть потребностей и сократить расход топлива [1].
При этом возникает актуальная проблема определения границ экономической эффективности теплонасосных установок (ТНУ) и существующих источников. Выявление благоприятных сочетаний мощных потоков низкопотенциальной теплоты и потребителей теплоты, определение возможностей наиболее эффективного применения ТНУ посредством сопоставления различных источников теплоснабжения следует считать важной задачей при современных тенденциях развития топливно-энергетического комплекса и усиления требований к защите окружающей среды.
В таблице 1 приведены результаты расчета технико-экономических показателей различных ТНУ для горячего водоснабжения, из которых видно, что самый эффективный тип - ТНУ с электроприводом, как по коэффициенту использования топлива, так и по приведенным затратам. Абсорбционные бромистолитиевые ТНУ достаточно эффективны для использования низкопотенциальной тепловой энергии на ТЭЦ. Расчет произведен по методике,
© М.А. Таймаров, В.М. Таймаров, А.Л. Осипов Проблемы энергетики, 2003, № 3-4
изложенной авторами в [2]. Приведенные в таблице 1 значения коэффициента преобразования ф характеризуют отношение величины теплового потока в конденсаторе к величине затраченной работы на осуществление
термодинамического цикла. При минимальном значении ф=3 ТНУ могут обеспечить экономию топлива, по сравнению с котельными около 20 %, а при ф=4 — около 30 %. Это весьма существенная экономия, пренебрежение которой до недавнего времени можно объяснить относительно низкими ценами топлива в начале 90-х годов. Тепловые насосы успешно конкурируют с электрическим отоплением.
Таблица 1
Технико-экономические показатели различных установок для горячего водоснабжения при годовой выработке тепловой энергии 36373 ГДж/год
Наименование показателя ТЭЦ Котельная на органическом топливе Абсорбционная бромистолитиевая ТНУ на базе Компрессионная ТНУ с электроприводом ТНУ с газомоторным приводом
ТЭЦ котельной Ф=3 Ф=4
Годовой расход топлива, ту.т 1382 1588 863 989 1016 859 1042
Коэффициент использования топлива 0,93 0,78 1,41 1,23 1,25. 1,44 1,22
Приведенные затраты 0,96 1,0 0,91 1,05 0,93 0,87 1,8
В табл. 2 приведены результаты расчета технико-экономических
показателей парокомпрессионной ТНУ, использующей тепловую энергию оборотной воды градирен ТЭС, которые показывают, что при относительно невысоких удельных капиталовложениях на строительство 125,9 дол./кВт, затраты на производство тепловой энергии минимальны и составляют 85,7 кг у. т /Гкал.
Таблица 2
Результаты расчета теплотехнических показателей эффективности применения парокомпрессионной ТНУ
Параметры Значение
1 2
Мощность, затрачиваемая на привод теплового насоса №тн, МВт 7
Количество расходуемого топлива на работу теплового насоса Вт.н, т у т /ч 2,58
Высвобождаемое количество топлива при подогреве обратной сетевой воды Вс е, т у.т./ч 4,48
Экономия топлива ДВ , т у.т./ч 1,9
© Проблемы энергетики, 2003, № 3-4
1 2
Удельные затраты условного топлива на трансформацию 1 Гкал тепла в тепловом насосе Ьшм , кг у. т /Гкал 85,7
Капиталовложения в строительство теплонасосной установки К, тыс.руб. 25549
Срок окупаемости теплового насоса Т, лет 5,9
Приведенная удельная стоимость строительства теплонасосной установки ЬПрШ , дол./кВт 125,9
Выводы Для использования низкопотенциальной тепловой энергии на ТЭС и
котельных перспективными для применения являются, в первую очередь, парокомпрессионные теплонасосные установки. Применение абсорбционных теплонасосных установок является экономически целесообразным только для условий ТЭС.
Summary
The analysis of profitability of application for the purposes for heat transfer steam and absorption heat pumps of installations in comparison to the traditional circuits for heat transfer from boiler-house and TEC is given.
Литература
1. Таймаров М.А., Осипов А.Л. Утилизация низкопотенциального тепла на тепловых электростанциях. / В кн. Материалы Российского национального симпозиума по энергетике.- Казань, 2001. - Т. 5. - С. 18 - 21.
2. Таймаров М.А., Осипов А.Л. Направления совершенствования теплонасосных установок для ТЭЦ Известия вузов. Проблемы энергетики, 2001.- №9-10.-С. 20-25.
© Проблемы энергетики, 2003, № 3-4
