К вопросу энергосбережения на предприятиях коммунального хозяйства Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 648:622.99

К ВОПРОСУ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА

© 2008 г. А.Г. Илиев

Развитие рыночных отношений, изменение структур предприятий коммунального хозяйства, резкое повышение (в десятки раз) стоимости теплоэнергетических ресурсов, острая конкуренция в сфере услуг диктуют необходимость новых разработок по определению энергетического потенциала тепловых отходов (ВЭР - вторичных энергоресурсов) и способам его рационального использования.

В плане выполнения Энергетической программы Российской Федерации до 2010 г. с целью реализации потенциала технологического энергосбережения следует уделить внимание теплоёмким предприятиям коммунального хозяйства, в том числе фабрике-прачечной. Технологическое оборудование фабрик-прачечных можно рассматривать как теплоисполь-зующее оборудование, т.е. как теплообменные аппараты. Стиральные машины представляют собой смесительные теплообменники, в которых происходит нагревание рабочей жидкости (водопроводной воды) паром путём барботажного подогрева или электроподогрева. В любом случае в результате технологических процессов стирки присутствуют промышленные горячие стоки, имеющие определенный тепловой потенциал, который можно использовать в локальной системе подогрева рабочего теплоносителя горячими промстоками в дополнительном теплообменнике.

Для определения теплового потенциала горячих промстоков технологических процессов стирки целесообразно проанализировать температурные режимы стирки белья. Основная масса белья, обрабатываемого на отечественных фабриках-прачечных, изготовлена из хлопчатобумажных и льняных тканей (80 %) [1, 2], режим стирки которых зависит от окраски, степени загрязнения и способа стирки белья. Режимы стирки белья из хлопчатобумажных и льняных тканей различных групп цветности и степени загрязнения приведены в технологических картах. Средневзвешенная температура промстоков, т.е. температура в °С сточных вод после стирки определяется по формуле

t ср

X t?xi

I i=1_

n

X Ti

i=1

На основе системного анализа технологических режимных карт стирки белья можно сделать следующие выводы:

- расход воды на стирку 1 кг белья, а значит и количество горячих промстоков, составляет 38-40 л;

- средневзвешенная температура промстоков от стирки составляет 60-75 °С.

На основе анализа условий эксплуатации технологического теплоиспользующего оборудования составлен тепловой баланс стиральных машин:

Qc.m = Q6 + Qb + Qm + Qo + Qn + Qc , кДж ,

(1)

где - температура рабочей среды, °С; т - время протекания отдельной технологической операции стирки, мин.

где Qб - расход тепла на нагрев белья, кДж/кг; Qв -расход тепла на нагрев воды, кДж/м3; Qм - потери тепла на разогрев металлических частей машины соприкасающихся с жидкостью и бельём кДж/м2; Qо -потери тепла нагретыми поверхностями машины в окружающую среду, кДж; Qи - потери тепла на испарение жидкости из машины, кДж; Qс - потери теплоты с промышленными стоками, кДж/м3.

По уравнениям теплообмена можно определить все составляющие формулы (1) и процент потерь теплоты с промстоками, который составляет 30-35 % от

Qс.м.

Тепловой потенциал промстоков - Qвых определяется по формуле

Qвых =Р Ср Ос 4 , кДж /ч,

где р - плотность промышленных стоков, кг/м3; Ср -массовая изобарная теплоемкость промышленных стоков, кДж/кг-град; /с - температура промышленных стоков, °С; Ос - расход промышленных стоков, м3/ч.

Таким образом, при годовом расходе промстоков Осг, потери тепловой энергии с промстоками составят:

Q гвых р Ср О г и = р СрЛ ГДж/год,

где Осг = Nтg; Лг - производительность предприятия,

кг/год или т/год; g - норма расхода рабочего теплоносителя (воды) на 1 т стирки белья, м3.

Количество ВЭР, за вычетом потерь Qпот и низкопотенциальной теплоты на сброс в конечной точке системы Qкон, можно определить по формуле

^ВЭР = (йввк - ^^пот - ^^кон) т ~

~ (0,70 - 0,75) QГвых, Гкал/год,

где Qпот - количество неизбежных тепловых потерь, принимаемых в пределах 3 ^ 5 % от Qвых; Qкон - коли-

чество теплоты, теряемое с теплоносителем, выходящим из конечной точки системы, составляет 20 - 25 %. Таким образом QВЭР < Qвых и составляет

бе

(0,7 - 0,75)ßB1

Удельный показатель по ВЭР любой производительности

для предприятия

q ВЭР

0,75Q в

Nг

q вэр ГДж

Nг

1т

Гкал 1т

где 2вых - годовой выход тепловых вторичных энергоресурсов, ГДж/год; N - годовые показатели - производительность фабрики (объемы стирки белья, т/год).

В вариантах с собственным источником теплоснабжения (отопительно-производственной котельной) можно определить количество сэкономленного топлива за счет использования ВЭР по формуле:

В эк =

Q

ВЭР

Q Р

(Q вых Q пот Q кон )

Q Н ;

т/год,

где Q нр - низшая теплота сгорания топлива кДж/кг.

Степень использования QВЭР зависит от структуры предприятия, схемы использования теплоты ВЭР и направления их использования в системах: технологического теплопотребления, горячего водоснабжения, приточной вентиляции и вне основного производства [2]. Схема трансформации теплоты показана на рисунке.

Необходимым условием эффективного использования теплоты промстоков в дополнительном рекуперативном теплообменнике является интенсификация теплообмена, обусловливающего высокий коэффициент теплопередачи, предлагается вариант теплообменника с компланарными каналами, обеспечивающими высокую турбулизацию потока [3, 4].

Использование тепловых вторичных энергоресурсов (ВЭР) для подогрева рабочего теплоносителя (водопроводной воды) в дополнительном теплообменнике приведенные годовые затраты П (руб/год) складываются из

П=ПТ0 +ПТ +ПН +ПЭ, где Пто - затраты на дополнительный рекуперативный теплообменный аппарат, руб./год; Пт - стоимость израсходованной водопроводной воды (холодного теплоносителя), руб/год; Пн - затраты на нагнетатель холодного теплоносителя (насос, запорно-регулирующую арматуру), руб/год; Пэ - стоимость израсходованной электроэнергии руб/год.

Основными затратами являются затраты на теплообменный аппарат ПТО:

П то К тоГто ,

где гто - суммарный коэффициент амортизационных отчислений, 1/год; Кто - капитальные вложения в теп-лообменный аппарат, руб, определяются по формуле

Кто = £ то Е .

Стоимость

,2ч

1

поверхности Sт

то

(руб./м2) теплообменника является среднестатистической величиной. Она определяется для отдельных типов реально существующих теплообменников по формуле

С + С

О _ ^ то Т ^ м

то _ т—г >

Е

где Е - поверхность теплообмена, м2; С то - стоимость теплообменника, руб.; С м - стоимость монтажа, руб.

Поверхность теплообмена из уравнения теплопередачи

Ф ^

Q = ФтоKFAt ^F = ■

к At

где Q - тепловой поток горячих промстоков, ф то - коэффициент запаса, принимается 10 - 15 %; Дж/ч; к - коэффициент теплопередачи, Дж/м2-К ■ч; А( - средний температурный напор, К.

Стоимость (годовая) холодного теплоносителя определяется по формуле

Пт =S Fт,

(2)

Схема трансформации теплоты горячих промстоков

где От - удельная стоимость холодного теплоносителя (водопроводной воды), руб./м3; Ут - объёмный расход холод-

2

ного теплоносителя, м /ч; т - число часов работы фабрики-прачечной, ч/год.

Из уравнения теплового баланса

Q = c „VTp T8t ^ VT =

Q

c pp т St

С учетом уравнения теплового баланса уравнение (2) можно привести к виду

Пт =

s T tQ

С т p т St т

где с т - удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг-К; р т - плотность теплоносителя, кг/м3; 8/ т -разность между температурами теплоносителя на выходе и входе, К.

Годовая стоимость электроэнергии

Пэ =-

S э tN

где S э - удельная стоимость электроэнергии, руб./кВт; N - потребляемая мощность, кВт; п н - КПД насоса.

Затраты на насос

Пн = ГнКн ,

где гн - суммарный коэффициент амортизационных отчислений; Кн - капиталовложения в насос, руб., численные значения которых можно оценить по формуле:

Кн = Sн + SнN ,

где Sн и Sн - стоимостные коэффициенты, зависящие от типа насоса, его конструктивных особенностей и электродвигателя. Данные коэффициенты определяются как среднестатистические для насосов одного типа [5].

В результате проведенных исследований разработаны методики расчета тепловой нагрузки фабрик-прачечных и удельных показателей по выходу тепловых ВЭР. При помощи Visual Basic написано программное обеспечение «Алгоритм расчета выхода и удельных показателей вторичных энергоресурсов» и «Алгоритм определения поверхности нагрева дополнительного теплообменника». На основе данных, полученных при обследовании ряда предприятий

прачечного производства (производительность предприятия N т/год, объемы стирки белья, выход промстоков), определён среднестатистический удельный показатель по тепловым потерям с промстоками, т.е. ГДж (Гкал) на 1 т стирки белья, который составляет 1,37 ГДж, или 0,35 Гкал.

Выводы

1. Для разработки мероприятий по снижению расхода ТЭР независимо от источника теплоснабжения и режима работы предприятия рекомендуется по разработанному алгоритму расчета определять выход вторичных энергоресурсов, т. е. тепловые потери с промстоками и проводить сравнительный анализ экономии ТЭР за счет использования ВЭР.

2. Для повышения эффективности теплоэнерго-сбережения, используя программное обеспечение, можно определить удельные показатели по ТЭР и ВЭР на единицу вырабатываемой продукции (или в рублях) за определенный промежуток времени.

3. Вариант использования тепловых ВЭР выбирается в зависимости от структуры предприятия, схем теплоснабжения и теплопотребления предприятия.

4. Мероприятия по использованию тепловых ВЭР рекомендуется разрабатывать на уровне проектирования с типовыми решениями для предприятий, имеющих горячие промстоки.

Литература

1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.,

1999.

2. Тимченко В.И., Шаповалов В.А. К вопросу практического определения основных параметров безотходной системы теплотехнологии // Бытовая техника, технология и технологическое оборудование предприятий сервиса: Сб. науч. тр. Шахты, 1993. С. 63-67.

3. Тимченко В.И., Илиев А.Г. Трансформация теплоты сточных вод // Проблемы экономики, науки и образования в сервисе: Сб. науч. тр. Шахты, 2006. С. 42-44.

4. Тимченко В.И., Илиев А.Г. Определение оптимальной температуры подогрева воды в теплообменниках для процессов мойки автотранспортных средств // Проблемы машиностроения и технического обслуживания в сфере сервиса: Межвуз. сб. науч. тр. Шахты, 2006. С. 29-31.

5. Временная методика расчета выхода и определения экономической эффективности использования тепловых вторичных энергоресурсов на предприятиях бытового обслуживания / В.И. Тимченко, А.Г. Сапронов, В.А. Шаповалов и др. М., 1990.

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты 18 декабря 2007 г.