Главная страница ->  Технология утилизации 

 

Снижение потребления электроэнер. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.


Попель О.С., к. т. н.

 

В настоящее время отопление и горячее водоснабжение городских объектов осуществляется, как правило, от централизованных систем теплоснабжения. Источником тепловой энергии в таких системах являются городские ТЭЦ, на которых осуществляется комбинированная выработка электроэнергии и тепла, или районные котельные. Преимущества централизованного теплоснабжения широко признаны. С термодинамической точки зрения комбинированное производство электроэнергии и тепла на ТЭЦ является гораздо более эффективным, чем раздельное производство электроэнергии на конденсационных тепловых электростанциях и тепла котельными. Россия является признанным лидером по масштабам использования централизованных систем электро- и теплоснабжения. Во многих странах (Дания, Германия и др.) строительство ТЭЦ по примеру России рассматривается как эффективное средство энергосбережения и уменьшения отрицательного воздействия энергетических объектов на окружающую среду.

 

Вместе с тем применение централизованных систем теплоснабжения имеет свои недостатки и ограничения. Строительство протяженных теплотрасс к удаленным объектам, а также к объектам в районах с малой плотностью застройки, сопряжено со значительными капитальными вложениями и большими тепловыми потерями на трассе. Их эксплуатация впоследствии также требует больших затрат. Серьезные проблемы возникают и при реконструкции существующих объектов и строительстве новых в обжитых городских районах с плотной застройкой. В этих случаях увеличение тепловых нагрузок создает для застройщика часто непреодолимые трудности, в том числе финансовые, при получении и реализации технических условий на подключение к районной тепловой сети.

 

Действующие в настоящее время тарифы на тепловую энергию в сочетании с затратами на подключение к городским тепловым сетям заставляют все чаще задумываться над альтернативными способами теплоснабжения.

 

Теплонасосные системы теплоснабжения представляются одним из наиболее эффективных альтернативных средств решения проблемы. С термодинамической точки зрения схемы теплоснабжения на базе тепловых насосов в большинстве случаев являются даже более эффективными, чем от ТЭЦ. Тепловые насосы нашли широкое применение для теплоснабжения жилых и административных зданий в США, Швеции, Канаде и других странах со сходными России климатическими условиями. Расширяется опыт применения тепловых насосов и в нашей стране.

 

Принципиальная схема компрессионного теплового насоса изображена на рис. 1. Суть его работы состоит в следующем. В испарителе теплового насоса тепло невысокого температурного потенциала отбирается от некоего источника низкопотенциального тепла и передается низкокипящему рабочему телу теплового насоса. Полученный пар сжимается компрессором. При этом температура пара повышается и тепло на нужном температурном уровне в конденсаторе передается в систему отопления и горячего водоснабжения.

 

Для того, чтобы замкнуть цикл, совершаемый рабочим телом, после конденсатора оно дросселируется до начального давления, охлаждаясь до температуры ниже источника низкопотенциального тепла, и снова подается в испаритель. Таким образом тепловой насос осуществляет трансформацию тепловой энергии с низкого температурного уровня на более высокий, необходимый потребителю. При этом на привод компрессора затрачивается механическая (электрическая) энергия. При наличии источника низкопотенциального тепла с более или менее высокой температурой количество тепла, поставляемого потребителю, в несколько раз превышает затраты энергии на привод компрессора. Отношение полезного тепла к работе, затрачиваемой на привод компрессора, называют коэффициентом преобразования теплового насоса, и в наиболее распространенных теплонасосных системах он достигает 3 и более. Типичные зависимости идеального и реального коэффициентов преобразования теплового насоса от температуры конденсатора и испарителя приведены на рис. 2. Видно, что, например, при температуре испарителя на уровне 0оС и температуре конденсатора на уровне 60оС коэффициент преобразования реальной установки достигает 3. С увеличением температуры источника низкопотенциального тепла и/или с уменьшением температуры, необходимой потребителю, коэффициент преобразования возрастает и может достигать 4, 5 и больших значений.

 

Очевидно, что применение тепловых насосов особенно эффективно в случае использования воздушных систем и/или напольных систем водяного отопления, для которых температура конденсатора не превышает 35-40оС. Все более широкое применение в последнее время находят системы отопления с применением современных теплообменников типа фанкойлов, характеризующихся высокими коэффициентами теплопередачи и соответственно допускающих использование теплоносителя с пониженными температурами.

 

Ключевым вопросом, от которого в значительной степени зависит эффективность применения тепловых насосов, является вопрос об источнике низкопотенциального тепла. Где найти этот источник? Таким источником мог бы быть атмосферный воздух. Однако в зимнее время, когда тепловая нагрузка возрастает, его температура в наших природно-климатических условиях становится слишком низкой, чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса. Идеальный вариант для тепловых насосов – наличие вблизи от потребителя источника сбросного тепла промышленного или коммунального предприятия. В наших условиях хозяйствования такие случаи нередки. Тем не менее эти случаи следует рассматривать как частные.

 

В качестве довольного универсального источника низкопотенциального тепла можно использовать теплоту грунта. Известно, что на глубине 4-5 м и более температура грунта в течение года практически постоянна и соответствует среднегодовой температуре атмосферного воздуха. В климатических условиях средней полосы России эта температура составляет + 5–8оС., что весьма неплохо для использования в тепловых насосах. Большой опыт практического применения тепловых насосов с грунтовыми теплообменниками, накоплен в США и Канаде. Значительные успехи в освоении этой технологии достигнуты компанией “ИНСОЛАР-ИНВЕСТ” в России.

 

В настоящее время с использованием этой технологии создан ряд систем теплоснабжения коттеджей. В 1998 году пущена в эксплуатацию система теплоснабжения средней школы в деревне Филиппово Ярославской области, ведется строительство крупной (более 1,5 МВт) системы теплоснабжения первого в Москве и в России аквапарка. Система теплонасосного горячего водоснабжения заложена в проект экспериментального энергоэффективного многоэтажного жилого дома в микрорайоне Никулино-2 г. Москвы, разработка которого ведется в рамках Долгосрочной научно-технической программы “Энергосбережение в городе Москве”, реализуемой Миннауки России совместно с московским правительством. Сооружается ряд объектов с тепловыми насосами в московском городском парке “Фили”, где помимо традиционных технико-экономических проблем подключения к городским тепловым сетям, возникают серьезные проблемы охраны окружающей среды (прокладка теплотрасс в парковой зоне) и др.

 

Поверхностные слои грунта (до 50 - 60 м), как отмечалось выше, являются достаточно универсальным и повсеместно доступным источником низко потенциального тепла. Скважины-теплообменники могут сооружаться под фундаментом здания или в непосредственной близости от него. При этом такие системы не требуют заметного отчуждения земли.

 

Тепловые режимы работы грунтовых теплообменников могут быть существенно улучшены при использовании, наряду с теплом грунта, утилизируемого тепла вентвыбросов, тепла жидких стоков, а в ряде случаев и солнечной энергии.

 

В конструкциях новых зданий выполнение требований по повышению теплоизоляции ограждающих конструкций (стены, окна) приводит к тому, что основным источником тепловых потерь, как правило, оказываются теперь вентиляционные выбросы, причем повышение герметичности зданий в связи с применением стеклопакетов, требует внедрения новых технических решений по организации контролируемого воздухообмена в помещениях. А это значит, что все более широкое применение будут находить системы приточно-вытяжной вентиляции, и следовательно, будут созданы технические возможности для организации утилизации тепловых выбросов. По сравнению с широко известными воздушными теплообменниками утилизаторами теплонасосные установки позволяют обеспечить более глубокую и, что особенно важно, круглогодичную утилизацию тепла выходящего из здания воздуха, т.к. утилизация тепла в этом случае осуществляется теплоносителем с более низкой температурой.

 

Утилизируемое тепло вентвыбросов, жидких стоков и тепло, получаемое в простейших солнечных коллекторах, целесообразно направлять в грунт для восполнения теплоты, интенсивно “выкачиваемой” из грунта в зимнее время, тем самым восстанавливая или даже повышая его температурный потенциал. Такая схема реализуется в настоящее время на одном из опытных объектов парка Фили.

 

Накопленный многолетний опыт проектирования, создания и практической эксплуатации теплонасосных систем теплоснабжения, технико-экономические и проектно-конструкторские обоснования их внедрения в реальные малые и крупные объекты строительства, расположенные как в условиях плотной городской застройки, так и в сельской местности, свидетельствуют о широких возможностях эффективного применения теплонасосных систем и обеспечения с их помощью заметного экономического, энергосберегающего и экологического эффектов. Дополнительный потенциал повышения эффективности использования тепловых насосов кроется также в возможности их внедрения не только для целей отопления и горячего водоснабжения, но и для кондиционирования воздуха, включая контроль и управление влажностью воздуха в помещениях и в ряде технологических процессов.

 

 

Основные потребители электроэнергии

 

Системы коммунального водоснабжения и водоотведения являются крупными потребителями электроэнергии, а удельный расход электроэнергии этими предприятиями на нужды жилищно-коммунального хозяйства в расчете на одного жителя составляет в среднем 0,3—0,4 кВт-ч/сут.

 

Основными потребителями электроэнергии в системах коммунального водоснабжения и водоотведения являются:

 

- насосные станции I подъема, обеспечивающие забор воды из источника (поверхностного или подземного) и транс­портирование ее к водоочистной станции или сборным резервуарам;

 

предприятия по очистке и обеззараживанию воды питьевого качества,

 

- насосные станции II подъема, передающие воду от резервуаров чистой воды в водопроводную сеть населенного пункта;

 

- насосные станции III и последующих подъемов, в том числе станции подкачки, непосредственно у потребителей, создающие требуемые напоры воды;

 

- насосные станции по перекачке сточных вод, устраиваемые в тех случаях, когда нет возможности транспортировать их самотеком до очистной станции и далее до водоема;

 

- предприятия по очистке сточных вод и обработке осадков,

 

- административные здания, мастерские и другие вспомогательные службы.

 

Состав сооружений и величина потребления электроэнергии в большой степени зависят от местных условий: (качества воды, местоположения водоисточников, рельефа местности и т. д.), поэтому удельный расход электроэнергии на 1 м3 поданной и отводимой воды изменяется в широких пределах. В среднем удельный расход электроэнергии в коммунальных водопроводах (без учета станций подкачки в зданиях, относящихся к системам внутреннего водоснабжения) составляет 0,65 кВт-ч на 1 м3 поданной воды, причем примерно 80 % электроэнергии расходуется насосными станциями. В системах коммунального водоотведения расходуется в среднем 0,2 кВт-ч на 1 м3 сточных вод. Однако при использовании метода биологической очистки сточных вод этот расход увеличивается до 0,35 кВт-ч/м8 в крупных и до 1 кВт-ч/м3 в мелких системах.

 

На оплату электроэнергии приходится примерно 25% всех эксплуатационных расходов в системах водоснабжения и 15% в системах водоотведения. С повышением этажности зданий, удалением источников водоснабжения с от жилых массивов, понижением уровня подземных вод, а также с усложнением методов очистки питьевых и сточных вод удельный расход электроэнергии увеличивается.

 

Выявление и использование ресурсов снижения максимальной мощности и общего расхода электроэнергии приобретают все большее значение еще и потому, что системы коммунального водоснабжения и водоотведения развиваются высокими темпами (ежегодный прирост производительности 4—5 %). Наибольшего эффекта можно добиться за счет сокращения расхода электроэнергии, потребляемой на привод насосных агрегатов. При этом основная задача заключается не только в повышении их КПД, но и в сокращении всех видов потерь и нерационального расходования воды, выравнивании режимов ее подачи, снижении требуемых напоров на выходе из насосных станций и уменьшении избыточных напоров.

 

Эффективность различных мероприятий, обеспечивающих экономию электроэнергии, должна оцениваться на основе сопоставления общих затрат электроэнергии в системе (включая насосные станции подкачки) при условии бесперебойного обеспечения водой всех потребителей, т. е. при условии поддержания у них требуемых напоров воды.

 

Снижение потребления электроэнергии на насосных станциях

 

В системах коммунального водоснабжения в основном используются центробежные насосы, наибольший КПД которых достигает 0,9.

 

В каталогах и паспортах насосов приведены характе­ристики насосов в виде зависимостей Н=f1(Q), Р=f2(Q). При выборе насосов стремятся к тому, чтобы в расчетном режиме работы при расходе Q развиваемый напор H был равен требуемому напору, определяемому в результате гидравлического расчета системы подачи и распределения воды (ПРВ), а КПД был близок к максимальному значению для данного типа насоса.

 

Водопотребление характеризуется значительными коле­баниями причем с уменьшением подачи уменьшается и требуемый напор на выходе из насосных станций II и последующих подъемов. Поскольку у центробежных насосов напор и подача обратно пропорциональны, возникает избыточный напор. Он может наблюдаться и в часы максимального водопотребления, если установленные насосы неправильно подобраны (например, рассчитаны на работу при больших расходах воды). Избыточные напоры на выходе из насосной станции являются основным источником потерь энергии. Для ликвидации избыточных напоров обычно прибегают к дросселированию с помощью задвижек на напорном трубопроводе. Это позволяет снизить давление в сети до требуемых значений, но не приводит к устранению перерасхода электроэнергии.

 

Для уменьшения расхода электроэнергии за счет сокращения величины избыточных напоров применяют следующие способы:

 

замену насосного оборудования, в том числе использование нескольких однотипных или разнотипных насосов;

 

- обточку рабочих колес насосов;

 

- регулирование числа оборотов насоса.

 

В системах коммунального водоотведения для перекач­ки сточных вод и осадков используются главным образом центробежные фекальные насосы. Их КПД на 10—15 % ниже, чем у насосов для чистой воды. Жидкость перекачи­вается на постоянную высоту, и режим работы насосов определяется уровнем воды в приемном резервуаре станции. При ручном управлении из-за несвоевременного выключения насосных агрегатов возможен перерасход электроэнергии, поэтому насосные станции по перекачке сточных вод, как правило, оборудуют системами автоматического включения и выключения насосных агрегатов.

 

В системах водоотведения часто возникает необходимость подъема сточных вод на высоту'3—5'м. Центробежные фекальные насосы, выпускаемые промышленностью, предназначены для работы при напорах не менее 8м, а при подаче более 1000 м/ч — не менее 18 м.

 

При перекачке жидкости на небольшую высоту целесообразно применять шнековые насосы [З]. Их КПД не на­много ниже, чем у фекальных центробежных насосов но при использовании шнековых насосов развиваемый напор равен геометрической высоте подъема, в то время как напор, развиваемый центробежными насосами, должен быть больше на величину потерь во всасывающих и напорных трубопроводах, а также на разницу между максимальным и минимальным уровнями жидкости в приемном резервуаре. Дополнительная экономия электроэнергии и снижение установленной мощности достигаются за счет того, что при работе шнековых насосов не требуется устанавливать оборудование для извлечения, транспортирования и дроб­ления предметов, содержащихся в сточной жидкости.

 

Затраты энергии при использовании шнековых насосов сокращаются в 1,5—4 раза (последняя цифра относится к случаю, когда отсутствуют низконапорные центробежные насосы соответствующей подачи).

 

На комплексах сооружений по очистке питьевых и сточных вод и обработке осадков применяют ту же технологию (отстаивание, фильтрацию, флотацию, сгущение суспензий, аэрирование воды и т. п.), что и на предприятиях химической промышленности [1, 11]

 

Вода проходит очистные сооружения самотеком и поступает в резервуары чистой воды (очищенные сточные воды—в водоем).

 

Основные энергетические затраты при очистке воды заключаются в необходимости ее транспортирования насосными станциями I подъема (в системах водоотведения — главными канализационными насосными станциями) к очистным сооружениям. Для снижения расхода электроэнергии при проектировании очистных сооружений стремятся к уменьшению высоты подъема воды (например, за счет использования фильтров с небольшими предельными потерями напора).

 

Очистные сооружения по подготовке питьевой воды должны работать по возможности равномерно в течение суток. Режим подачи воды от насосной станции I подъема должен устанавливаться таким образом, чтобы резервуары чистой воды были полностью заполнены к очередному ро­сту водопотребления (6—7 ч утра).

 

Обеззараживание воды в большинстве случаев производится с использованием хлора или хлорной извести. В по­следние годы в нашей стране и за рубежом начинают использоваться другие методы обеззараживания, имеющие ряд преимуществ, но требующие затрат электроэнергии. Эффективно обеззараживание воды в электролизных установках. Расход электроэнергии в них зависит от качества воды и составляет 8—20 кВт-ч на 1000 м3 воды. В настоящее время за счет применения новых электродных материалов появляется возможность снизить удельные затраты электроэнергии в 1,5—2 раза.

 

Озонаторные установки, предназначенные не только для обеззараживания, но и для улучшения органолептических качеств воды, имеют удельный расход электроэнергии—25 кВт-ч на 1000 м3 воды.

 

Основными потребителями электроэнергии на станциях по очистке сточных вод являются турбовоздуходувки, подающие воздух к аэротенкам. Биологическая очистка в этих сооружениях происходит за счет потребления кислорода. Удельный расход электроэнергии на подачу воздуха в большой степени зависит от качества очищаемой жидкости и в среднем составляет 50—100 кВт-ч на 1000 м3.

 

Экономия электроэнергии за счет выключения турбовоздуходувных агрегатов возможна, так как расход сточных вод и количество содержащихся в них загрязнений изменяются по сезонам года и в течение суток. Однако такая возможность должна быть подтверждена лабораторными анализами по определению количества растворенного кислорода в сточной жидкости, находящейся в аэротенках.

 

На очистных станциях установлено большое число электродвигателей для привода насосных агрегатов по перекачке реагентов, осадков и ила; барабанных сеток, мешалок, скрипковых механизмов, транспортеров; оборудования для обезвоживания осадков и т.д.

 

На некоторых предприятиях коммунального водоснабжения и водоотведения имеются возможности не только экономить, но и получать электроэнергию. Так, на многих водохранилищах построены гидроэлектростанции. На станциях очистки сточных вод при сбраживании осадков образуется большое количество метана, который иногда не находит применения. За рубежом существуют установки по его использованию в газовых турбинах для непосредственного привода воздуходувок или выработки электроэнергии с помощью электрогенераторов.

 

Одним из важных средств, способствующих экономии электроэнергии, является установление обоснованных норм удельного расхода. В настоящее время существуют два вида норм: Ауд (кВт-ч на 1 м3 воды) и Ауд (кВт-ч на 1000 т-м). Второй тип норм целесообразно устанавливать для артезианских насосов, насосных станций I подъема и для тех насосных станций последующих подъемов, которые должны подавать воду по установленному графику давлений на выходе из станции. Величина Ауд для насосных агрегатов зависит от их КПД:

 

Таким образом, нормирование удельных норм расхода электроэнергии ориентирует персонал насосных станций на совершенствование их эксплуатации. При этом показатели работы не ухудшаются в случае понижения уровня подземных вод, нет необходимости увеличить напор в сети в связи с повышением этажности зданий, присоединением новых потребителей и т.д. Для предприятий систем коммунального водоснабжения и водоотведения в качестве основного показателя следует принять удельный расход электроэнергии Ауд.

 

При проведении мероприятий, обеспечивающих снижение потерь воды у потребителей, достигается значительная экономия электроэнергии, однако фактический удельный расход может не измениться. В связи с этим эффективность таких мероприятий должна оцениваться на основании сравнения общего расхода электроэнергии в системе до и после их проведения, с учетом присоединения новых потребителей, изменения уровня подземных вод, гидравлического сопротивления водоводов и т. п.

 

Вывоз мусора широкое и утилизация отходов

 

Мэа против. Энергоэффективное здание как критерий мастерства архитектора и инженера. Шахтный метан. Схемы стимулирования энергосбережения и сертификация в дании. Структура контракта и его необходимые элементы.

 

Главная страница ->  Технология утилизации 

Экологически чистая мебель:


Сайт об утилизации отходов:
Hosted by uCoz