• • • • • • • • • • 1. Правовая база энергоаудита. Проблема снижения энергетических затрат, энергосбережения становится все более актуальной в мировом аспекте. Особенно актуальна эта проблема для российской экономики, поскольку в России энергоемкость промышленного производства и социальных услуг оказывается во много раз выше общемировых показателей. Эта проблема еще более й1обостряется в связи с постоянным увеличением в нашей стране стоимости энергоносителей: природного газа, нефтепродуктов, электроэнергии и т.д. В себестоимости продукции в России доля энергозатрат часто становится доминирующей. В связи с этим конкурентоспособность отечественной продукции все больше зависит именно от экономного расходования энергетических ресурсов. Энергоемкость экономики России в 3 раза выше энергоемкости мировой экономики, в 7 раз больше, чем в Японии, в 4,5 раза больше, чем в США. В жилищно-коммунальной сфере российские нормы расхода тепла и воды в 4-5 раз выше, чем у наших "северных" соседей — Финляндии и Норвегии. Основным документом, регулирующим отношения, возникающие при осуществлении деятельности в области энергосбережения в настоящее время является федеральный закон "Об энергосбережении", подписанный Президентом Российской Федерации Б. П. Ельциным 3 апреля 1996 года№28-ФЗ (принят Государственной Думой 13.03.96). Закон содержит ряд обязательных для исполнения норм: • закон блокирует выпуск энергорасточительного оборудования, материалов и изделий; статьями 9 и 10 определяет правовое поле системы госнадзора за эффективностью использования энергии через обязательные энергетические обследования предприятий и организаций; статьями 11 и 12 создает предпосылки для равноправных отношений потребителей и производителей энергоресурсов посредством обязательного приборного учета. • статьями 13 и 14 определяет базовые финансовые механизмы энергосбережения, с максимальным привлечением к этому процессу энергоснабжающих организаций и местных органов государственной власти; • статьей 14 стимулируется развитие энергоэффективной малой "независимой" энергетики, использующей, в том числе, возобновляемые источники энергии; статьей 14 освобождает потребителей, реализующих энергосберегающие мероприятия, от оплаты за недоиспользование договорных объемов энергетических ресурсов; • статьями 16 и 17 вводит нормы обязательного обучения основам энергосбережения и предоставления всем физическим и юридическим лицам необходимой им информации по вопросам энергосбережения. Принятый Федеральный закон — это закон непрямого действия; параллельно с его разработкой готовился пакет нормативно-правовых актов, направленных на реализацию принятого закона 1. Администрация Президента. УКАЗ. Об основных направлениях энергетической политики и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса Российской Федерации на период до 2010 года 2. Правительство Российской Федерации. ПОСТАНОВЛЕНИЕ. Об Энергетической стратегии России 3. Правительство Российской Федерации. ПОСТАНОВЛЕНИЕ. О неотложных мерах по энергоебережению 4. Министерство топлива и энергетики Российской Федерации. ВРЕМЕННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ. О проведении энергетических обследований организаций С этой целью постановлением Каб. Минном РТ №468 от 3 июля 2000 года была принята Республиканская целевая программа «Энергосбережение в республике Татарстан на 2000-2005 годы». Приняты полезные и даже необходимые стандарты "ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативнометодическое обеспечение. Основные положения", "ГОСТ Р 51541. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей. Общие положения" и другие.2. Основные понятия и определения. энергосбережение — реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов; топливно-энергетический ресурс (ТЭР) — носитель энергии, который используется в настоящее время или может быть использован в перспективе; эффективное использование энергетических ресурсов — достижение экономически оправданной эффективности использования энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении требований к охране окружающей природной среды; показатель энергоэффективности — абсолютная или удельная величина потребления или потери энергетических ресурсов для продукции любого назначения, установленная государственными стандартами; вторичный энергетический ресурс — энергетический потенциал основного, промежуточного, побочного продукта и отходов производства, не используемый в основном процессе, но достаточный для использования в других; непроизводительный расход энергетических ресурсов — потери энергоресурсов, вызванные нарушением стандартов, норм, регламентов и бесхозяйственностью; потребитель ТЭР — юридическое лицо (организация), независимо от форм собственности, использующее топливно-энергетические ресурсы для производства продукции и услуг, а также на собственные нужды; энергетическое обследование потребителей ТЭР - установление показателей эффективности использования ТЭР и выработки экономически обоснованных мер по их повышению; энергоаудитор — юридическое лицо (организация, кроме государственных надзорных органов), осуществляющее энергетические обследования потребителей ТЭР и имеющее лицензию на производство этих работ. энергетический объект — любое сооружение или группа сооружений, предназначенных для производства, транспорта, распределения и/или преобразования энергии, а также ее использования для получения продукции или услуг. энергопотребление — физическая величина, отражающая количество потребляемого энергоресурса определенного качества, которая используется для расчета показателей энергоэффективности. сбор документальной информации — сбор данных о потреблении энергоресурсов, выпуске продукции, выполнении работ и оказании услуг, о технологических параметрах, технико-экономических показателях, климатических наблюдениях и других данных, которые необходимо учитывать при расчете эффективности энергетического объекта. инструментальное обследование — измерение и регистрация характеристик энергопотребления с помощью стационарных или портативных приборов. анализ информации — определение показателей энергетической эффективности и резервов энергосбережения на основе собранной документальной информации и данных инструментального обследования. разработка рекомендаций по энергосбережению — обоснование экономических, организационных, технических и технологических усовершенствований, главным образом направленных на повышение эффективности объекта, с обязательной оценкой возможностей их реализации, предполагаемых затрат и прогнозируемого эффекта в физическом и денежном выражении. • • • 3. Общие требования к энергетическим обследованиям Правила проведения энергетических обследований организаций распространяются на организации, являющиеся юридическими лицами, независимо от форм собственности, их филиалы, использующие топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) для производства продукции и услуг, на собственные нужды (далее "потребителей ТЭР"), а также на организации, осуществляющие энергетические обследования. Правила устанавливают порядок проведения энергетических обследований потребителей ТЭР во всех сферах экономики Российской Федерации, регламентируют последовательность подготовки, проведения и оформления результатов обследований. Общее руководство и координацию работ по проведению энергетических обследований потребителей ТЭР в Российской Федерации осуществляет Главгосэнергонадзор России. Организацию работ по энергетическому обследованию потребителей ТЭР на территории субъектов Российской Федерации осуществляют региональные (территориальные) органы Главгосэнергонадзора России. Право на проведение энергетических обследований потребителей ТЭР предоставляется: 1. Региональным (территориальным) органам Главгосэнергонадзора России: 2. Организациям, осуществляющим энергетические обследования (далее энергоаудиторам). 4. Энергоаудитор должен отвечать следующим требованиям: • обладать правами юридического лица; • иметь необходимое инструментальное, приборное и методологическое оснащение; • располагать квалифицированным и аттестованным персоналом; • иметь опыт выполнения работ в соответствующей области деятельности; иметь лицензию на право проведения энергетических обследований; иметь аккредитацию в региональном (территориальном) органе Главгосэнергонадзора России. Энергоаудитор до начала отчетного периода информирует региональные (территориальные) органы Главгосэнергонадзора России о предстоящих энергетических обследованиях. 4. Какие организации подлежат обязательным энергетическим обследованиям ? Обязательным энергетическим обследованиям подлежат организации, в которых суммарное потребление ТЭР составляет более 6 тыс. тонн условного топлива или более 1 тыс. тонн моторного топлива в год по решению органов исполнительной власти. Периодичность проведений обязательных энергетических обследований потребителей ТЭР — не реже одного раза в три года. 5. Виды энергетических обследований. Существуют шесть видов энергетических обследований организаций: - предпусковое и предэксплуатационное; - первичное; - периодическое (повторное); - внеочередное; - локальное; - экспресс-обследование. Перед пуском и вводом в эксплуатацию оборудования проводят обследование смонтированного оборудования с целью проверки соответствия монтажа и наладки требованиям государственных стандартов и СНиПов по показателям энергоэффективности. По результатам обследования принимается решение о пуске или вводе в эксплуатацию оборудования. Первичное, периодическое (повторное), внеочередное, локальное и экспресс-обследование имеют право проводить органы Главгосэнергонадзора России и энергоаудиторы. При первичном обследовании производится оценка эффективности использования ТЭР (проверяется эффективность работы оборудования, использующего ТЭР, состояние учета используемых ТЭР, отчетность по их использованию, анализ затрат на топливо- и энергообеспечение и т.д.). Эффективность использования ТЭР определяется по результатам инструментального обследования. Оценка эффективности использования ТЭР производится за предшествующий обследованию период. Результаты обследования заносятся в энергетический паспорт потребителя ТЭР. По результатам обследования выдается предписание (рекомендации) об устранении нарушений.. При периодическом (повторном) обследовании проверяется выполнение ранее выданных предписаний (рекомендаций), оценивается динамика потребления ТЭР и их удельных затрат на выпуск продукции (энергоемкость, стоимость ТЭР в общих материальных затратах производства). По результатам обследования вносятся изменения в энергетический паспорт потребителя ТЭР и выдается предписание (рекомендации). Внеочередное обследование проводится по инициативе регионального (территориального) органа Главгосэнергонадзора России или администрации субъекта Федерации в случаях, если по ряду косвенных признаков (рост общего и удельного потребления ТЭР, себестоимости продукции и топливной составляющей в ней, выбросов в атмосферу и т.д.) у них возникли предположения о резком снижении эффективности использования ТЭР, если результаты обследования, проведенного энергоаудитором, вызывают сомнения в их достоверности, а также в случае обращения потребителя ТЭР в органы государственной власти за предоставлением льгот, связанных с использованием топливно-энергетических ресурсов. Локальные и экспресс-обследования носят ограниченный по объему и времени проведения характер. При этом производится оценка эффективности использования либо одного из видов ТЭР (электрическая и тепловая энергии, твердое, жидкое или газообразное топливо), вторичных энергоресурсов, либо по отдельной группе агрегатов (отдельным агрегатам), либо по отдельным показателям эффективности. • • • • • • • • • 6. Требования к обследуемым потребителям ТЭР Обследуемый потребитель ТЭР обязан оказывать содействие проведению обследования, а именно: обеспечить доступ персонала организации, проводящей обследование, к обследуемым объектам; предоставить собственный персонал для сопровождения и помощи в проведении обследования; устанавливать режимы работы оборудования, необходимые для проведения измерений, если это не противоречит требованиям технологии и безопасности. При проведении энергетического обследования потребитель ТЭР обязан назначить лицо, ответственное за его проведение, и представить: необходимую техническую и технологическую документацию (исполнительные схемы энергетических коммуникаций, данные о топливо- и энергоиспользующем оборудовании, приборах учета ТЭР, режимные карты и т.д.); данные о цеховом выпуске продукции и потреблении ТЭР; документы по хозяйственно-финансовой деятельности (отраслевые и межотраслевые нормы и нормативы, тарифы, лимиты потребления, договора на поставку ТЭР, учет складских запасов топлива, данные потребления ТЭР на собственные нужды, по переданным транзитом ТЭР и отпущенным другим потребителям, их потерям и т.д.), статистическую отчетность организации о выпуске продукции и использовании ТЭР в натуральном и стоимостном выражении при повторном и внеочередном обследованиях — энергетический паспорт. 7. Оформление результатов энергетических обследований Оформляется следующая документация: акт (отчет) о проведенном энергетическом обследовании установленной формы; инструментально подтвержденный топливно-энергетический баланс; энергетический паспорт; • рекомендации по повышению эффективности использования ТЭР, снижению затрат на топливо-и энергообеспечение. В дополнение к указанным документам выдается предписание об устранении нарушений в использовании ТЭР. В результатах энергетического обследования должна быть дана оценка эффективности использования ТЭР, раскрыты причины нарушений в их использовании, выявлены имеющиеся резервы экономии, предложены технические и организационные энергосберегающие решения с указанием прогнозируемой экономии в физическом и денежном выражении, а также стоимости их реализации. Эти рекомендации не должны снижать экологические характеристики работающего оборудования и технологических процессов, уровень безопасности и комфортности работы персонала, качества и безопасности продукции. 8. Финансирование энергетических обследований Энергетические обследования организаций финансируются за счет средств федерального, местного бюджетов и внебюджетных источников, а также за счет их собственных средств. Энергетические обследования потребителей ТЭР, которые полностью финансируются из Федерального и местного бюджетов, производятся, как правило, региональными (территориальными) органами Главгосэнергонадзора России. Энергетические обследования потребителей ТЭР, частично финансируемых из федерального и местного бюджетов, могут производить региональные (территориальные) органы Главгосэнергонадзора России или энергоаудиторы. В случае выполнения энергетических обследований энергоаудиторами потребитель ТЭР самостоятельно оплачивает выполненные ими работы. Энергетические обследования потребителей ТЭР, не имеющих бюджетного финансирования, производятся за их счет. 9. Рекомендации по организации проведения энергетического обследования При организации энергетических обследований следует учитывать: отраслевую принадлежность предприятия; функциональные особенности предприятия — только как потребителя энергоресурсов или как производителя отдельных видов энергии; возможности по использованию энергоресурсов только для собственных нужд или для оказания услуг по передаче тепла и электроэнергии другим потребителям; уровень эффективности использования энергоресурсов; инвестиционные вложения предприятия, то есть его способность решать проблему повышения эффективности использования энергоресурсов за счет проведения •виды поставленных задач, например, повышение эффективности основного производства или обоснование необходимости предоставления льготных тарифов на энергию и т.д.; Целесообразно произвести отбор энергосберегающих мероприятий путем их ранжирования по эффективности. В этом случае перечень мероприятий по экономии энергоресурсов следует формировать следующим образом: различные организационные и другие мероприятия по срокам окупаемости затрат менее года; мероприятия технического характера (ремонтные, эксплуатационные) по срокам окупаемости от года до 2,5 лет: работы, связанные с переходом на новые технологии и оборудование, требующие больших инвестиций с привлечением заемного капитала, оборудования по лизингу и т.п. Весь комплекс этих задач можно успешно решать на уровне энергетического менеджмента, который в сочетании с энергетическим аудитом позволяет создать на предприятии эффективную систему управления энергосбережением. 10. Основные недостатки, присущие большинству промышленных предприятий: Практика проведения энергетических обследований выявила ряд характерных недостатков, присущих большинству промышленных предприятий. Основные из них: на предприятиях отсутствует специализированные архивы по энергосбережению (нормативная и техническая документация — ГОСТ, ОСТ, постановления правительства РФ и местных органов власти, решения федеральной и региональной энергетикой комиссии и др.); не выпускаются приказы, обязывающие и регламентирующие порядок выполнения и ведения технической документации по энергосбережению (энергетические паспорта, изменения к действующим ГОСТам, выполнения требований новых ГОСТов и др.); вновь строящиеся здания, сооружения, капитальные ремонты старых зданий, сооружаются, как правило, без учета требований изменений к СНиПам. ввод тепловых объектов в эксплуатацию заканчивается обычно актом рабочей комиссии, без участия представителей соответствующих инспекций. Энергетические паспорта на здания и сооружения не разрабатываются. • • • • • • • • фактические эксплуатационные тепловые потери через тепловую изоляцию тепловых сетей не определяются. 11. Энергоаудитор должен иметь: перечень необходимой информации об объекте обследования и порядок проведения энергоаудита; информацию, необходимую для анализа систем энергопотребления; алгоритмы и программы расчетов по определению нормативных потерь и расходных статей балансов энергопотребления; программную систему для документирования и вывода информации в соответствиис установленными формами; возможность архивирования информации; типовые энергосберегающие мероприятия по различным системам энергоснабжения и расчетным модулям. 12. Минимальный состав приборов для энергоаудита. Общие требования* Приборы, с помощью которых осуществляется энергоаудит, должны иметь сертификат Госстандарта РФ и пройти поверку в установленном порядке. Помимо вывода показаний на дисплей или шкалу, приборы должны иметь стандартный аналоговый или цифровой выход для подключения к регистрирующему устройству, компьютерам и другим внешним устройствам. Портативные приборы должны иметь автономное питание. Минимальный состав Для проведения энергоаудитов в состав портативной измерительной лаборатории должны как минимум входить следующие приборы: ультразвуковой расходомер жидкости (накладной), позволяющий проводить измерение скорости, расхода и количества жидкости, протекающей в трубопроводе без нарушения его целостности и снятия давления; электрохимический газоанализатор, определяющий содержание кислорода, окиси углерода, температуру продуктов сгорания; электроанализатор, измеряющий и регистрирующий токи и напряжения в 3-х фазах, активную и реактивную мощности, потребленную активную и реактивную электроэнергию; бесконтактный (инфракрасный) термометр с диапазоном измерения от 0 до 600 °С; набор термометров с различными датчиками: воздушными, жидкостными (погружными), поверхностными (накладными, контактными) и пр.; люксметр; анемометр; гигрометр; • накопитель данных для записи переменных сигналов. Накопитель должен иметь не менее двух температурных каналов для непосредственного подключения температурных датчиков, а также не менее двух токовых или потенциальных каналов для регистрации стандартных аналоговых сигналов. Рекомендуемые модели приборов представлены в табл.1. 13. Обработка и анализ результатов обследования Вся полученная информация является исходным материалом для анализа эффективности энергоиспользования. Методы анализа подразделяются на физические и финансово-экономические. Физический анализ оперирует физическими величинами и имеет целью определение характеристик эффективности энергоиспользования. Физический анализ, как правило, включает следующие стадии: определяется состав объектов энергоиспользования, по которым будет проводиться анализ. находится распределение всей потребляемой объектами энергии по отдельным видам энергоресурсов и энергоносителей. Для этого данные по энергопотреблению приводятся к единой системе измерения; определяются для каждого объекта факторы, влияющие на потребление энергии. вычисляется удельное энергопотребление по отдельным видам энергоресурсов и объектам; значения удельного потребления сравниваются с базовыми цифрами, после чего делается вывод об эффективности энергоиспользования по каждому объекту; определяются прямые потери энергии за счет утечек энергоносителей, нарушения изоляции, неправильной эксплуатации оборудования, простоя, недогрузки и других нарушений; выявляются наиболее неблагополучные объекты с точки зрения эффективности энергоиспользования. Финансово-экономический анализ проводится параллельно с физическим и имеет целью придать экономическое обоснование выводам, полученным на основании физического анализа. На этом этапе вычисляется распределение затрат на энергоресурсы по всем объектам энергопотребления и видам энергоресурсов. • • • • • • • • Оцениваются прямые потери в денежном выражении. Финансово-экономические критерии имеют решающее значение при анализе энергосберегающих рекомендаций и проектов. В описательной части представляется вся информация об обследуемом предприятии, имеющая отношение к вопросам энергоиспользования, а также общая характеристикапредприятия. В аналитической части приводится физический и финансово-экономический анализ эффективности энергоиспользования, описываются энергосберегающие рекомендации и порядок их выполнения. 14. Структура и содержание энергетического паспорта промышленного потребителя ТЭР. Энергетический паспорт состоит из следующих разделов: общие сведения о потребителе ТЭР; сведения о потреблении ТЭР: общее потребление энергоносителей, потребление электроэнергии, потребление тепловой энергии, потребление котельно-печного топлива, потребление моторного топлива; сведения об эффективности использования ТЭР; мероприятия по энергосбережению и повышению эффективности использования. Выводы. Заключительный раздел энергетического паспорта потребителя ТЭР должен включать: перечень зафиксированных при обследовании потребителя фактов непроизводительных расходов ТЭР с указанием их величины в стоимостном и натуральном выражении; предлагаемые направления повышения эффективности использования ТЭР с оценкой экономии последних в стоимостном и натуральном выражении с указанием затрат, сроков внедрения и окупаемости: количественную оценку снижения уровня непроизводительных расходов ТЭР за счет внедрения энергосберегающих мероприятий: - беззатратных и низкозатратных; - среднезатратных; - высокозатратных. СПОСОБЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ СБРОСНОЙ ТЕПЛОТЫ Потенциальные возможности утилизации сбросной теплоты Приблизительно половина всей тепловой и электрической энергии, расходуемой в промышленности, выбрасывается в виде отходящего тепла в воздушный и водный бассейны. Отходящее тепло выбрасывается из процесса при температуре превышающей температуру окружающей среды, поэтому оно обладает дополнительным тепловым потенциалом. По ценности отходящая энергия может классифицироваться по трем температурным диапазонам: высокотемпературный - выше 650 °С; среднетемпературный- 230-650 °С; низкотемпературный - менее 230 °С. Высокотемпературное и среднетемпературное отходящее тепло используется для производства технологического пара, выработки электроэнергии, сушки, подогрева воздуха. Низкотемпературное тепло может быть использовано для отопления зданий, подогрева воды и воздуха. Имеются четыре основные причины необходимости утилизации тепловой энергии: 1. Экономическая. Затраты на энергию становятся все более высокими, и утилизация отходящего тепла может значительно сократить общие издержки производства. 2. Обеспеченность тепловой энергией. Легко доступное отходящее тепло позволяет существенно снизить потребности предприятия в тепловой энергии. 3. Сбережение природных ресурсов страны. Путем утилизации тепла уменьшается потребность предприятий в дефицитных видах топлива, тем самым продляется срок их обеспеченности. 4. Экологическая. Утилизация сбросной теплоты снижает ее воздействие на экологию. Методы утилизации отходящего тепла: 1. Непосредственная утилизация, например, для сушки или подогрева материалов при отсутствии каких-либо внутренних теплообменников. 2. Рекуперация, при которой отходящие газы и воздух, подвергаемый нагреву, разделяются металлической или огнеупорной теплообменными поверхностями. Передача энергии от одного потока к другому происходит непрерывно. 3. Регенерация, в ходе которой тепло отходящих газов передается теплообменному устройству, аккумулируется в нем в огнеупорных или металлических материалах и впоследствии служит для нагрева воздуха. 4. Утилизация с помощью котла-утилизатора, которая представляет собой одну из форм рекуперации с выработкой за счет тепла горячих отходящих газов технологического пара или горячей воды. 5. Совместное генерирование, при осуществлении которого совместно вырабатываются электрическая энергия и технологический пар. 6. Ступенчатое использование энергии, при котором вначале применяют энергию с наивысшими характеристиками, а затем все с более низкими параметрами для других связанных с этим процессов вплоть до того момента, когда эта энергия не будет иметь очень низкие параметры. Потенциально возможные варианты применения отходящего тепла: 1) отходящие газы в диапазоне от средних до высоких температур могут использоваться для подогрева воздуха котлов с воздухонагревателями, печей с рекуператорами, сушилок с рекуператорами, газовых турбин с регенераторами; 2) отходящие газы в диапазоне от низких до средних температур могут использоваться для подогрева питающей котел воды при наличии экономайзеров; 3) отходящие газы и охлаждающая вода из конденсаторов могут использоваться для подогрева твердого и жидкого сырья в промышленных процессах; 4) отходящие газы могут использоваться для выработки пара в котлах-утилизаторах; 5) отходящее тепло может передаваться промежуточной среде при помощи теплообменников или котлов-утилизаторов, либо путем циркуляции горячих отходящих газов через трубы или каналы; 6) отходящее тепло может быть применено в абсорбционно-холодильном агрегате, для кондиционирования воздуха, и в тепловых насосах. При выборе устройств для утилизации отходящего тепла должны учитываться: а) температура отходящего тепла; б) интенсивность потока отходящего тепла; в) химический состав и наличие загрязняющих агентов в потоке отходящего тепла; г) необходимые температуры нагреваемых сред. Рекуператоры и регенераторы Наибольшее применение в промышленности находят рекуперативные теплообменники, которые по взаимному направлению движения теплоносителей разделяют на прямоточные, противоточные, с перекрестным и смешанным током. По принципу взаимодействия теплоносителей различают системы: жидкость - жидкость, пар - жидкость, газ - жидкость, пар - пар и газ - газ. По конструктивным признакам рекуперативные теплообменники подразделяются на змеевиковые, трубчатые, "труба в трубе", кожухотрубные, спиральные, пластинчатые и специальные. Змеевиковые теплообменники (рис. 1) чаще всего применяют в виде элементов реакционной аппаратуры, ректификационных колонн, дефлегматоров, резервуаров и подогревателей сырья. Змеевики изготавливают из труб черных и цветных металлов и располагают в сосудах. Область применения весьма широка, так как они могут работать под значительным давлением. Наиболее простым является металлический радиационный трубчатый рекуператор (рис. 2). Внутренняя труба проводит горячие отходящие газы, а в наружной трубе подогревается холодный атмосферный воздух, который затем подается в технологический процесс. Следующим типом широко применяемых рекуператоров являются конвективные воздухотрубные рекуператоры (рис. 3). Они представляют собой пучок труб, присоединенных к коллекторам. Их применение, благодаря поперечному обтеканию труб греющей средой, энергетически более выгодно, чем продольное. Они могут изготовляться из прямых и – U-образных труб (рис. 3 а, б). Керамические рекуператоры (рис. 4) применяются при температурах отходящих газов выше 1100 °С. Однако они имеют низкий коэффициент теплопередачи и громоздки. Для повышения эффективности теплопередачи используются различные комбинации рекуператоров радиационного и конвективного типов, причем рекуператор конвективного типа всегда следует за высокотемпературным рекуператором радиационного типа. Простыми по устройству являются рекуператоры типа "труба в трубе" (рис. 5). В наружную трубу 2 вставлена внутренняя труба 1 меньшего диаметра. Теплообмен осуществляется через стенку внутренней трубы от жидкости (или пара, или газа), протекающей внутри этой трубы, к жидкости, омывающей наружную ее поверхность и протекающей, как правило, в противоположном направлении внутри внешней трубы 2. Такой теплообменник может быть изготовлен и в секционном исполнении. Секции можно включать последовательно (рис. 5) и параллельно. При большом количестве отходящего тепла необходимо использовать кожухотрубные рекуператоры. Они применяются для теплообмена между паром и водой, газом и жидкостью, жидкостью и жидкостью. Кожухотрубный рекуператор (рис. 6) состоит из кожуха и пучка труб, закрепленных в решетках для создания двух поточных каналов. Первый канал находится в межтрубном пространстве и предназначен для нейтральных сред, а второй, полученный из проходного сечения труб, предназначен для растворов жидкостей, способных загрязнять внуренние поверхности труб. Кожухотрубные теплообменники имеют следующие типы: ТН - теплообменники с неподвижными решетками; ТК - с температурным компенсатором на кожухе и жестко закрепленными трубными решетками; ТП - с плавающей головкой, жестким кожухом и одной жестко закрепленной трубной решеткой; ТУ - с U-образными трубами, жестким кожухом и жестко закрепленной трубной решеткой; ТС - с сальником на плавающей головке, жестким кожухом и одной жестко закрепленной трубной решеткой. Теплообменники типов ТН и ТК могут быть собраны в блоки, состоящие из нескольких горизонтальных аппаратов. Пластичные теплообменники блочные сварные предназначены для подогрева и охлаждения жидких и газообразных сред, в которых отсутствуют труднорастворимые соли. Они рассчитаны на рабочее давление до 2,5 МПа и температуру среды до 400 °С. Теплообменники состоят из сварных блоков, установленных на консольной, двухопорной или трехопорной раме между неподвижной и подвижной плитами. Из регенераторов наибольшее применение имеют регенераторы с неподвижной и подвижной насадками. В регенераторах с неподвижной насадкой используют две (или больше) камеры, заполненных насадками из огнеупорных материалов, которые поглощают тепло из одной газообразной среды и передают его затем другой газообразной среде в результате чередования потоков отходящих газов и воздуха горения, проходящих через камеры (рис. 7). Насадки регенераторов, выполненные из огнеупорных материалов, работают в условиях высоких температур и агрессивной среды. Такие условия характерны для коксовых печей, доменных воздухонагревателей, стекловаренных печей, мартеновских печей и нагревательных колодцев. Тепловое колесо представляет собой регенератор вращающегося типа. Эти аппараты начинают находить все более широкое применение. Тепловые колеса могут выполняться в виде вращающегося диска или вращающегося барабана (рис. 8). Их изготавливают из материала высокой пористости и с высокими значениями теплоемкости. Рис. 7.8. Тепловые колеса: а - вращающийся диск, б - вращающийся барабан, ГВ - горячий воздух; ГГ - горячие газы По мере того как диск (или барабан) медленно вращается, тепло передается ему горячими газами. При дальнейшем вращении диска (или барабана) он отдает свое тепло более холодному поступающему воздуху. Данные регенераторы обладают высоким КПД теплопередачи (до 80%). Тепловые колеса используют для обогрева помещений, утилизации тепла технологических процессов при низких и средних температурах окружающей среды, в печах для отвержения или сушки и воздухоподогревателях. Теплонасосные установки и их роль в энергосберегающей политике Теплонасосные установки предназначены для отвода тепла из ОС или другого низкопотенциального источника для бытового или технологического теплоснабжения. Существенную экономию топлива и энергии можно получить при широкой утилизации низкопотенциальных тепловых вторичных энергоресурсов (ВЭР). На любом промышленном предприятии имеется большое количество отбросной низкопотенциальной теплоты, поэтому целесообразно использовать ее в тепловом балансе предприятия. Утилизация низкопотенциальной теплоты ВЭР позволяет снизить энергоемкость промышленной продукции и повысить термодинамическую эффективность использования топлива и энергии. На промышленном предприятии вся подведенная теплота распределяется между тремя функционально различными группами потребителей: технологическими, отопительновентиляционными и хозяйственно бытового горячего водоснабжения. Технологические потребители. Режим потребления теплоты в современных технологических процессах характеризуется непрерывностью и постоянством. Основной теплоноситель – пар различных параметров. Параметры теплоносителей определяются условиями проведения технологического процесса. Примерно 90% технологических потребителей пара и горячей воды на конечной стадии потребления используют теплоносители с температурой до 1500С. Отопительно-вентиляционные системы. На химическом предприятии используется пар и горячая вода с температурами не превышающими 1500С. Отопление производственных помещений в основном воздушное, совмещенное с вентиляцией; около 85-90% отопительновентиляционных нагрузок приходится на такие совмещенные системы. Системы хозяйственно-бытового горячего водоснабжения. Конечный теплоноситель – горячая вода с температурой 45-700С. Режим потребления горячей воды круглогодичный, непрерывный, с резковыраженными кратковременными пиками нагрузок после окончания каждой смены. Наиболее распространенные источники низкопотенциальных тепловых ВЭР на химических предприятиях можно распределить на три группы по условиям их возникновения. 1) охлаждаемые технологические потоки и оборудование; 2) технологические и санитарно-технические системы, потребляющие пар и горячую воду повышенного потенциала с одновременным отводом теплоносителей низкого потенциала; 3) котельные установки, технологические печи и т.п. УТИЛИЗАТОРЫ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ Одним из основных элементов утилизационных систем является теплообменное устройство, которое позволяет эффективно отбирать отбросную теплоту технологических и энергетических процессов. В зависимости от параметров отбросной теплоты и вида теплоносителя в утилизационной системе используют теплообменники различных типов. Наиболее широко применяют поверхностные теплообменники. Все эти теплообменники подробно описаны в технической литературе и останавливаться на них не будем, а рассмотрим Теплоутилизаторы с применением тепловых труб Теплообменники на тепловых трубах и термосифонах в отличие от традиционных рекуперативных позволяют осуществлять подвод и отвод теплоты из узлов, доступ к которым затруднен, придавать теплообменным поверхностям форму, наиболее эффективную для конкретных условий процесса, надежно разделять зоны обменивающихся сред, повышать эксплуатационные характеристики ( под этим понимается возможность очистки теплообменных поверхностей) В ряде конструкций предусмотрена возможность автономности работы каждого элемента, что обеспечивает повышенную надежность работы теплообменника в агрессивных средах, так как выход из строя нескольких элементов практически не влияет на эффективность всего аппарата. Тепловая труба и термосифон: а — тепловая труба; б — термосифон: 1-отвод теплоты; 2-подвод теплоты; 3-пар; 4-конденсат; 5-фитиль. Тепловая труба (рис. а) представляет собой закрытую герметичную трубу или камеру самой разнообразной формы, внутренняя поверхность которой выложена капиллярнопористым фитилем. Фитиль насыщен жидкой фазой рабочего вещества (теплоносителем), а остальной объем трубы заполнен паровой фазой теплоносителя. Зона тепловой трубы, в которую подводится теплота, называется испарителем, а зона отвода теплоты — конденсатором. Теплота, поступающая от внешнего источника к испарителю тепловой трубы, вызывает испарение теплоносителя на этом участке трубы. Под воздействием возникающей при этом разности давлений пар направляется от испарителя к конденсатору, где он конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования внешнему нагреваемому потоку. В результате постоянного испарения количество жидкости в фитиле уменьшается, и поверхность раздела фаз жидкостьпар сдвигается внутрь его объема. При этом в фитиле возникает капиллярное давление, под действием которого жидкость из зоны конденсации возвращается в зону испарения. Таким образом в тепловой трубе скрытая теплота парообразования непрерывно переносится от испарителя к конденсатору при постоянно смоченном фитиле. Более простым устройством по сравнению с тепловой трубой является термосифон (рис. б), который представляет собой гладкую герметичную трубу, частично заполненную жидкостью (теплоносителем). При нагреве нижнего конца трубы жидкость испаряется и пар направляется к верхнему холодному концу трубы, где конденсируется. Конденсат под действием гравитационных сил стекает к нижнему концу трубы. Так как скрытая теплота парообразования вещества, заполняющего термосифон велика, значительное количество теплоты передается приемнику теплоты даже при очень малой разности температур между концами термосифона, что обеспечивает высокую эффективную теплопроводность. Иногда термосифон называют безфитильной тепловой трубой. Для повышения эффективности процессов испарения и конденсации из внутренней полости тепловых труб и термосифонов откачивают воздух. В отличие от термосифона расположение испарителя в тепловой трубе не влияет на показатели ее работы, и труба может работать при любой ориентации в пространстве, так как возврат конденсата в испаритель происходит под воздействием капиллярных сил. В качестве теплоносителя в зависимости от рабочего интервала температур используют жидкие металлы, воду, метанол, фреон, азот и др. Теплообменники с тепловыми трубами или с термосифонами обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными теплообменниками, особенно при передаче теплоты от газа к газу: 1. отсутствие подвижных элементов, исключение внешнего источника энергии для перекачки промежуточного теплоносителя; каждая тепловая труба является автономным теплопередающим элементом; 2. большая площадь теплообменной поверхности в единице объема; 3. разгерметизация нескольких тепловых труб не приводит к прямому контакту обменивающихся сред; 4. простота обслуживания, легкий доступ к теплообменным поверхностям со стороны каждого из потоков, что упрощает процесс очистки теплообменника; 5. возможность рекуперации теплоты при малых разностях температур, что обеспечивает эффективность использования теплообменника; 6. возможность работы в потоках с высокой влажностью; при охлаждении потока влажного газа ниже температуры точки росы конденсат стекает в расположенные внизу дренажные каналы, при этом характеристики устройства не ухудшаются и; 7. реверсивность; в системах кондиционирования воздуха теплообменники могут как охлаждать, так и нагревать приточный воздух в зависимости от периода года. Теплообменники из тепловых труб можно использовать в генераторах абсорбционных теплонасосных и холодильных установок для подвода теплоты от потока горячих отходящих газов (рис. 1). Применение такого теплообменника позволяет интенсифицировать процесс отвода теплоты от газового потока путем оребрения тепловых труб. Рис. 1. Абсорбционная теплонасосная установка с теплообменником из тепловых труб: 1-конденсатор; 2-испаритель; 3-абсорбер; 4-теплообменник; 5 — генератор; 6-теплообменник из тепловых труб; 7-отработанные горячие газы При неравномерном подводе или отводе теплоты теплообменник из тепловых труб можно совместить с аккумулятором теплоты (рис. 2) В этом случае аккумулирующий материал периодически или нагревается, или охлаждается. В отдельных случаях можно использовать скрытую теплоту плавления или конденсации аккумулирующего вещества. Рис. 2. Теплообменник из тепловых труб с аккумулятором теплоты: 1 -горячий поток; 2-холодный поток; 3-тепловые трубы; 4-аккумулятор. Несмотря на эффективность и перечисленные преимущества тепловые трубы находят пока ограниченное применение в промышленной энергетике. Это связано в определенной мере со сложностью изготовления и установки фитиля тепловых труб. Более широкое применение находят теплообменники из безфитильных тепловых труб — термосифонов (рис. 3) Рис. 3. Принципиальная схема воздухоподготовительного центра с использованием термосифонов: 1- теплообменник из термосифонов; 2-дополнительный воздухонагреватель; 3-датчик температуры; 4 –регулирующий клапан; 5- теплообменник предварительного подогрева воздуха; 6-приточный воздуховод; 7-вытяжной воздуховод. В отдельных случаях испарители и конденсаторы являются автономными теплообменными устройствами, которые могут отстоять один от другого иногда на значительном расстоянии. Их соединяют трубопроводами, для того, чтобы обеспечить возврат конденсата самотеком в испаритель и подачу пара в конденсатор. В зависимости от конструкции аппарата конденсатор может находиться как внутри герметичного корпуса (рис. 1 а) так и вне его (рис. 1 б, в). Пар и конденсат в зависимости от расположения конденсаторов и формы герметичной камеры транспортируются либо по общему каналу (рис. 1, а), либо по раздельным каналам (рис. 1 б, в), причем раздельные каналы могут быть вынесены за пределы герметичного корпуса (рис. 1 б, в). Охлаждающий теплоноситель проходит внутри трубок конденсатора. Рис. 1 а, б, в - охлаждение плоских или цилиндрических вертикальных поверхностей; 1-промежуточный теплоноситель; 2-конденсатор; 3-каналы для транспортировки пара и конденсата; 4-вставки; 5-герметичный корпус. В некоторых случаях целесообразно, чтобы пар проходил внутри трубок конденсатора, а охлаждающий тепло носитель - через межтрубное пространство (рис. в). При достаточно развитой поверхности конденсации и соответствующем ее оребрении тепловые потоки большой плотности можно отводить из зоны нагрева (рис. в), используя естественную конвекцию, не прибегая к организации принудительной циркуляции охлаждающего газа. Для охлаждения технологического оборудования применяют СОВ (системы оборотного водоснабжения) открытого типа, когда технологическое оборудование непосредственно соединено с градирнями в один циркуляционный контур или закрытого типа, когда технологическое оборудование и градирни включены в независимые циркуляционные контуры, проходящие через общий теплообменник. В зависимости от конкретных условий возможны различные сочетания систем охлаждения и нагревания: открытые двухконтурные (рис. 2a), включающие независимые циркуляционные контуры нагревания низкотемпературного теплоносителя I и охлаждения технологического оборудования и оборотного водоснабжения I I; закрытые двухконтурные (рис. 2б), когда создаются независимые циркуляционные контуры охлаждения технологического оборудования и нагревания низкотемпературного теплоносителя 1 и оборотного водоснабжения I I; закрытые трех контурные (рис. в), включающие независимые циркуляционные контуры нагревания низкотемпературного теплоносителя 1, охлаждения технологического оборудования I I и оборотного водоснабжения III. Рис. 2.Системы утилизации теплоты охлаждаемого технологического оборудования: а - открытая двухконтурная; б - закрытая двухконтурная; в - закрытая трех- контурная; 1 теплоутилизатор; 2 - циркулянионный насос; 3 техноло гическое оборудование; 4 - градирня; 5 водоподогреватель Применение тепловых насосы и использование низкопотенциальных ВЭР для выработки одновременно теплоты и холода позволяет по новому подойти к решению вопросов энергосбережения. Одновременная выработка энергоносителей на тепловых насосах всегда более эффективна, чем раздельное получение теплоты и холода на традиционных установках, поскольку в этом случае необратимые потери холодильного цикла используются для получения теплоты, отдаваемой потребителю Внедрение тепловых насосов в системы отопления и кондиционирования воздуха жилых и общественных зданий актуально в связи с устойчивой тенденцияей повышения цен на топливо. Тепловой насос — это устройство, позволяющее перенести: тепловую энергию с уровня низкого потенциала на уровень среднего потенциала с затратой энергии. Энергетический баланс идеального теплового насоса (рис.) имеет вид: Q2 = Q1+ Q0 Эффективность трансформации энергии при применении теплового насоса определяется коэффициентом преобразования, который независимо от эффективности самого теплового насоса всегда больше единицы: = Q2 / Q1 = 1 + Q0 / Q1 где Q0 / Q1 = - холодильный коэффициент обычной компрессионной холодильной машины. На отечественных предприятиях тепловых насосов двух типов: парокомпрессионных, использующих электроэнергию в качестве энергии высокого потенциала, и абсорбционных, в которых первичным является пар или горячая вода с температурами 150-170 С. В обоих типах тепловых насосов низкопотенциальная (отбросная) теплота расходуется на испарение рабочего агента. Далее перенос низкопотенциальной энергии на более высокий уровень осуществляется с затратой высокопотенциальной энергии: в парокомпрессионном тепловом насосе - сжатие паров рабочего агента в компрессоре, в абсорбционном – поглощение паров рабочего агента жидким абсорбентом с повышением температуры раствора, перекачка слабого раствора в зону повышенного давления и его выпаривание (разделение) с одновременным понижением температуры раствора. Когда тепловой насос используется только для теплоснабжения, преследуется одна цель-экономия топлива по сравнению с его расходом при сжигании в котлах и печах. Однако применение этих устройств на промышленных предприятиях позволяет рационально решить вопрос обеспечения потребителей не только теплотой, но и искусственным холодом повышенных параметров. В этом случае можно считать, что при применении тепловых насосов обеспечивается экономия топлива и снабжение потребителей одновременно теплотой и искусственным холодом повышенных параметров, а также существенно повышается качество технического водоснабжения. Последний фактор очень важен для промышленных предприятий, хотя и не выражается в столь явной форме, как экономия топлива. Принципиальная схема парокомпрессионного теплового насоса не отличается от схемы холодильной машины такого же типа, но интервал температур подводимых и отводимых потоков несколько иной, а объем источников и приемников теплоты противоположный. Компрессор I, потребляя электроэнергию, обеспечивает циркуляцию рабочего агента по замкнутому контуру, включающему конденсатор II, дроссель Ш и испаритель IV. В испарителе рабочий агент, испаряясь, отбирает теплоту от внешнего потока 1; в конденсаторе, конденсируясь, отдает теплоту внешнему потоку 2. Поскольку парокомпрессионные тепловые насосы базируются на уже выпускаемом оборудовании, где в качестве рабочего агента в основном используется хладон R = 12; то температура теплоносителя 2 на выходе из конденсатора не превышает 80 0С. При этом к испарителю необходимо подвести поток 1 с температурой 12 — 35 0С, который будет охлаждаться соответственно до 5-25 0С. Температура теплоносителя 2 на выходе из конденсатора определяется конечным давлением сжатия паров рабочего агента, которое в свою очередь выбирается в зависимости от физических свойств рабочего агента, прочностных характеристик корпуса компрессора и температуры теплоносителя на входе в конденсатор. Коэффициент преобразования как идеального, так и реального теплового насоса выражается через температуры процесса следующим образом: = Тк / (Тк – Ти) где Тк и Ти - температуры, соответственно, конденсации и кипения в конденсаторе и испарителе теплового насоса, К. Коэффициент преобразования растет при снижении Тк и повышении Ти , поэтому при выборе режима теплового насоса необходимо стремиться к сокращению разности этих температур. Не следует без необходимости повышать температуру воды, нагреваемой в конденсаторе, а при выборе температуры хладоносителя, отводимого от испарителя, надо учитывать температуру процесса в технологическом оборудовании, использующем этот хладоноситель. При этом надо учитывать, что хладоноситель, охлаждаемый в испарителе теплового насоса, циркулирует между технологическим оборудованием и тепловым насосом по замкнутому контуру, несвязанному с атмосферой, поэтому он будет значительно лучшего качества, чем вода, охлаждаемая в градирнях традиционных водооборотных систем, и может нагреваться до более высоких температур без образования отложений на теплообменных поверхностях. Принципиальная схема абсорбционного теплового насоса также в основном повторяет схему холодильной машины этого же типа, но последовательность прохождения потоков, подводимых к агрегату, через отдельные узлы может выполняться в нескольких вариантах в зависимости от параметров исходных потоков. Один из возможных вариантов: В абсорбционном агрегате (тепловом насосе, холодильной машине); как правило, используются два вещества рабочий агент и абсорбент (поглотитель), имеющие различные нормальные температуры кипения и обладающие свойством — при адиабатном смешении образовывать смеси, температуры которых отличаются от температур смешивающихся веществ. В данном случае представлена бромистолитиевый тепловой насос на базе холодильной машины АБХА-2500, в которой рабочим агентом является вода, а абсорбентом - раствор бромида лития. Исходя из физических свойств водного раствора бромида лития, можно обеспечить нагрев подведенного теплоносителя 3 от 40 до 80 С при одновременном охлаждении потока 1 от 12-35 до 5-25 0С. Рабочий цикл этого теплового насоса осуществляется следующим образом. В испарителе VI из водного раствора бромида лития испаряется часть воды, отбирая теплоту от охлаждаемого внешнего потока 1. Образовавшийся водяной пар 2 поступает в абсорбер I, где поглощается раствором бромида лития. Процесс идет с выделением теплоты, используемой для начального подогрева внешнего потока 3. Разбавленный раствор бромида лития 4 насосом 11 перекачивается в генератор 111, где выпаривается до первоначальной концентрации за счет теплоты повышенного потенциала, подводимой с потоком 5 от внешнего источника. Концентрированный раствор 6 возвращается в абсорбер I, а водяной пар 7 поступает в конденсатор IV, где конденсируется, догревая поток 3. Конденсат водяного пара 8 через дроссель поступает в испаритель VI, и цикл повторяется.
