Главная страница -> Технология утилизации

Использование тепловых насосов в. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.

О. С. Попель, канд. техн. наук,

Заведующий лабораторией Института высоких температур РАН

Городская клиническая больница № 4 – старейшая больница не только Москвы, но и России – была основана в 1763 году. Император Павел I, еще будучи наследником престола, дал обет в благодарность Богу за избавление от тяжелой болезни учредить больницу и, получивши на это соизволение родительницы своей Императрицы Екатерины II, привел свое намерение в исполнение. В честь Павла I эту больницу и сейчас иногда называют Павловской.
Сегодня, в результате более чем двухвековой истории своего переустройства, больница, превратившаяся в крупный медицинский центр на 1 000 койко-мест, представляет собой сложный комплекс зданий (30 корпусов разной этажности, раскинувшихся на площади 13 га), инженерных сетей и оборудования разного времени создания и реконструкции, в котором до последнего момента не уделялось должного внимания проблемам энергоресурсосбережения.
Ежегодные затраты больницы на теплоснабжение, электроэнергию и воду составляют более 5 млн. руб.

В 1998–1999 годах в рамках долгосрочной программы энергосбережения в городе Москве, утвержденной совместным распоряжением Правительства Москвы и Министерства науки и технологий Российской Федерации № 36-РП-6 от 15.01.98 г., специалистами Института высоких температур Российской академии наук с участием экспертов ряда других специализированных организаций проведено энергетическое обследование ГКБ № 4, вскрывшее значительные резервы возможной экономии энергии и воды. Таблица 1.
Укрупненные показатели больницы по потреблению тепла, электроэнергии и холодной воды Потребление тепловой энергии: Расчетная потребляемая тепловая мощность 7,4 Гкал/ч Годовое потребление тепла 25 500 Гкал Потребление электроэнергии: Мощность установленных электроприборов 1,3 МВт Годовое потребление электроэнергии 2 000 МВт•ч Потребление холодной воды: Расчетное суточное потребление 660 м3/сут. Годовое потребление 200 000 м3

Таблица 2.
Структура потребления тепловой энергии Отопление 4,3 Гкал/час 58% Горячее водоснабжение 1,1 Гкал/час 15% Вентиляция 2,0 Гкал/час 27%

Таблица 3.
Структура потребления электроэнергии ОСНОВНЫЕ ПОТРЕБИТЕЛИ Структура мощностей
установленного
электрооборудования Структура годового
потребления
электроэнергии кВт % МВт•ч
% Оборудование пищеблока 580 43 480 25 Электроплиты буфетов 200 15 430 22 Внутреннее и наружное освещение 210 16 610 31 Насосы, вентиляторы и компрессоры 270 20 300 15 Парогенератор дезинфекционной камеры 85 6 130 7

Таблица 4.
Примерная структура ежегодных затрат ГКБ № 4 в 1997 году (в деноминированных рублях) Основные статьи затрат Ежегодные затраты,
тыс. руб. Доля затрат,
% Теплоснабжение 2 600 54 Электроэнергия 1 250 26 Водоснабжение и канализация 550 11 Ремонт и замена осветительных приборов 150 3 Стирка белья 300 6 ИТОГО: 4 850 100
Укрупненные показатели больницы по потреблению тепла, электроэнергии и холодной воды представлены в табл. 1, структура потребления тепловой энергии – в табл. 2, структура потребления электроэнергии – в табл. 3 и примерная структура ежегодных затрат больницы – в табл. 4.
Обследование больницы вскрыло множество энергетических и смежных проблем, требующих детального рассмотрения и решения.
Больница имеет несколько вводов электроэнергии и водопроводной воды, часть которых не оснащена счетчиками. Регулирование отпуска и учет отпускаемого тепла осуществляется представителями районной теплосети. Установленные на тепловом пункте теплосчетчики для контроля потребления тепловой энергии реально не используются. Договора с поставщиками электроэнергии для безучетных абонентов не пересматривались много лет. Таким образом, точный учет фактического потребления энергоресурсов больницей практически отсутствует.
В существующей системе организационных и финансовых взаимоотношений между больницей, поставщиками электроэнергии, тепла и воды и управляющими городскими структурами отсутствует прямая материальная заинтересованность больницы и ее персонала в экономии потребления энергоресурсов.
С переводом в 1985 году больницы на теплоснабжение от городской тепловой сети (вместо использования собственной газовой котельной) больница столкнулась с недопустимыми перерывами в горячем водоснабжении лечебных корпусов в периоды ремонтных и регламентных работ на ТЭЦ и центральной теплосети. Одновременно резко возросли затраты на теплоснабжение, которые в 1998 году превысили 2,5 млн. руб./год. Законсервированное оборудование котельной уже морально устарело, в результате, больница не имеет резервного источника теплоснабжения на случай чрезвычайных ситуаций и крупных аварий на теплосети.
Местные тепловые сети, протяженностью 2 200 м при общей длине труб около 7 000 м, являются источником больших тепловых потерь и нуждаются в реконструкции. Около 40% трубопроводов эксплуатируется более 20 лет, ряд участков теплотрассы подтоплен.
Система теплоснабжения корпусов не обеспечивает оптимальные режимы отопления, отсутствует гибкое пообъектное регулирование подачи тепла. В результате – большинство корпусов старой застройки перегреваются (температурный режим в отопительный сезон регулируется открытием окон и форточек), нижние этажи новых корпусов, как правило, обогреваются недостаточно, верхние – перегреваются.
Больше половины электрической мощности установленных электроприборов в больнице приходится на оборудование по приготовлению и подогреву пищи, которое из-за несовершенных технических характеристик и нерациональных режимов использования приводит к большому неоправданному расходованию электроэнергии. Значительные резервы по сокращению электропотребления имеются в системах электропитания насосов и вентиляторов, в системах внутреннего и уличного освещения. Требует модернизации система приготовления пара для дезинфекционной камеры и т. д.
Объем данной заметки не позволяет подробно осветить конкретные примеры нерационального использования энергоресурсов и перечислить все предложения по улучшению ситуации. Отметим лишь, что в результате проведенного обследования сформулировано более десятка первоочередных энергоресурсосберегающих мероприятий, позволяющих существенно сократить затраты финансовых средств на энергоснабжение больницы со сроком окупаемости не более 2–3 лет.
Следует отметить также, что приведенные выше результаты энергетического обследования городской клинической больницы № 4 и анализа эффективности энергоресурсосберегающих мероприятий относятся, в основном, к 1998 году, т. е. к условиям доавгустовского финансового кризиса. Кризис в значительной мере повлиял на планируемый ход развития проекта. Предполагавшееся выделение средств из московского бюджета на выполнение проектно-конструкторских разработок и подготовку проектно-сметной документации для реализации первоочередных энергоресурсосберегающих мероприятий в 1999 году не состоялось. Вместе с тем, осуществлялся активный поиск возможностей привлечения внебюджетных источников финансирования, а также зарубежных инвесторов.
Вследствие резко изменившейся после августа 1998 года экономической ситуации экономическая эффективность энергоресурсосберегающих мероприятий снизилась, поскольку тарифы на энергоресурсы в рублевом выражении за прошедшее время возросли в меньшей степени, чем цены на оборудование. Сроки окупаемости предлагаемых мероприятий несколько выросли. Однако общая картина неэффективного использования ресурсов при этом не изменилась, необходимость осуществления энергосбережения как средства значительной экономии текущих затрат на эксплуатацию больницы не вызывает сомнений.
В 1999 году по инициативе Управления топливно-энергетического хозяйства Правительства Москвы проведены переговоры и достигнуто принципиальное решение о предоставлении Датским правительством целевого гранта на реализацию энергосберегающего проекта на базе ГКБ № 4. Демонстрационный проект предусматривает прежде всего модернизацию систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции больницы. Предполагается в течение 2000–2001 годов провести реконструкцию центрального и индивидуальных тепловых пунктов больничных корпусов с установкой современных пластинчатых теплообменников вместо устаревших кожухотрубных, подмешивающих и новых циркуляционных насосов, приборов автоматического регулирования в системах отопления, горячего водоснабжения и вентиляции, в том числе радиаторных термостатов, а также новых теплосчетчиков и регуляторов перепада давления на вводах в здания. По оценкам, планируемые мероприятия обеспечат экономию потребления тепловой энергии не менее чем на 30%. Завершение этой фазы проекта предполагается до мая 2001 года. Объем выделяемых в рамках гранта средств – около 2 млн. датских крон.
Последующее развитие проекта предполагается осуществлять, прежде всего, за счет сэкономленных больницей средств с возможным привлечением дополнительных внебюджетных источников финансирования. Для этого распоряжением Премьера Правительства Москвы больнице на несколько лет фиксируются базовые объемы годового потребления ресурсов на текущем уровне и предусматриваются соответствующие затраты по тарифам, которые будут действовать в 2000–2002 годах. Бюджетные средства, сэкономленные в ходе первого этапа реализации проекта, накапливаются на спецсчете энергосбережения больницы и не расходуются на другие цели, кроме как на энергоресурсосберегающие мероприятия и на поощрение (не более 5% сэкономленных средств) участников энергосберегающего проекта.
Разработанный механизм финансирования проекта и его старт с использованием начальных вложений, предоставляемых Датским правительством на условиях гранта, позволяют надеяться на успешную реализацию проекта в целом.

Михаил Морозов

На предприятиях пишевой промышленности для реализации технологических процессов весьма часто требуется использование холодильных машин. Так, например, на многих пивоваренных заводах, мясо-молочных комбинатах и заводах колбасных изделий работают весьма крупные централизованные холодильные установки. С другой стороны, в течении всего года существует большая потребность в горячей воде, применяемой для различных видов очистки. Необходимо обеспечить также и отопление помещений.

Таким образом, имеются все условия для выгодного применения тепловых насосов. Однако нам известны лишь немногие случаи их использования в этой области.

Примером может служить возможность применения тепловых насосов при одновременном использовании теплоты и холода при пастеризации жидкостей с последующим их охлаждением.

испаритель
ледяная вода
изолированный резервуар для хранения необработанного молока
резервуар для необработанного молока
молоко
4-х секционный пластинчатый теплообменник
емкостной водонагреватель
нагрев электронагревателями
конденсатор
водопроводная вода
горячая вода 45-50 гр.С, 0.5 м/ч
горячая вода 85 гр.C
компрессор
теплообменник внутреннего контура
дроссельный вентиль

С помощью теплового насоса в водонагревателе осуществляется приготовление перегретой воды с температурой 85°С за счёт использования теплоты, выделяемой парами холодильного агента после сжатия в компрессоре; теплота, выделяющаяся при конденсации пара в конденсаторе, используется для приготовления горячей воды с температурой 45—50 °С, а за счет испарения в испарителе жидкого холодильного агента, прошедшего через дроссельный вентиль, можно получить ледяную воду (воду, охлажденную до нулевой температуры). Перегретая вода направляется для пастеризации молока в секциях 1—4 секционного пластинчатого теплообменника. Необходимый дополнительный нагрев в водонагревателе при приготовлении перегретой воды осуществляется электричеством.

Поступающее из резервуара необработанное молоко с определенной начальной температурой попадает сначала в секцию 2 пластинчатого теплообменника, где оно предварительно нагревается с помощью горячего молока, выходящего из секции пастеризации. После этого молоко поступает в секцию пастеризации, где оно нагревается перегретой водой до температуры примерно 75 °С, после чего проходит снова через секцию 2, где охлаждается свежим молоком, и поступает в секцию 3. В секции 3 происходит дальнейшее охлаждение молока водопроводной водой, и, наконец, проходя через секцию 4, молоко охлаждается ледяной водой до требуемой температуры 6 С, после чего оно поступает в теплоизолированный резервуар.

Водопроводная вода, предварительно нагретая в секции 3 пластинчатого-теплообменника, поступает в емкостный водонагреватель, где установлен конденсатор холодильного агента. Здесь она нагревается за счет выделяемой при конденсации теплоты до температуры 45—50 гр.С, после чего ее можно использовать для технологических целей.

С помощью этой установки можно обрабатывать 1 м3 молока в час при исходной его температуре 32,5 °С или 0,87 м3 молока в час при исходной температуре-10°С. Для пастеризации 1 т молока с исходной температурой 32,5 гр.С расходуется 28 кВт.ч электроэнергии, из них примерно 15 кВт.ч падает на дополнительный электрический нагрев. При исходной температуре молока 10 °С удельный: расход электроэнергии увеличивается до 2 кВт.ч/т. Поэтому с энергетической точки зрения целесообразно подвергать обработке молоко сразу после доения (парное молоко), т. е. монтировать установки прямо на крупных молочных фермах. Кроме того, тепловой насос обеспечивает приготовление горячей воды для хозяйственных нужд с температурой 45—50 °С при расходе 0,5 м3/ч.

Если же парное молоко не подвергается пастеризации, а только охлаждается, то схему установки можно упростить. По сравнению с предыдущей схемой в этом случае не нужны пластинчатые-теплообменники 1 и 2 водонагреватель для приготовления перегретой воды. Такие установки вполне пригодны для молочных ферм. Экономичность установки при технически правильном ее использовании обеспечена, особенно если соблюдаются изложенные ниже соображения относительно расположения конденсатора.

Схема применения теплового насоса для охлаждения молока и приготовления горячей воды
1 — ледяная вода;
2 — молоко 4 гр.С;
3 — молоко 32 °С;
4 — литьевая вода:
5 — горячая вода

В более крупных установках при приготовлении горячей воды целесообразно устанавливать конденсатор не внутри емкостного водонагревателя, а снаружи, включая в схему промежуточный циркуляционный насос. Преимущества конденсатора, расположенного внутри водонагревателя, заключающиеся в более высоких средних значениях коэффициента преобразования и простой автоматике, можно объединить с компактным исполнением конденсатора с принудительной циркуляцией потока, расположенного снаружи емкости. Если применить схему, изображенную на рисунке можно получить не только более высокие средние значения коэффициента преобразвания и более простую схему автоматики, но и компактное исполнение конденсатора с принудительной циркуляцией потока.

Принципиальная схема емкостного водонагревателя с компактным конденсатором теплового насоса, расположенным снаружи подогревателя
1 — емкость;
2 — компрессор;
3 — конденсатор

4 — дроссельный вентиль;
5 — испаритель;
6 — насос;
7 — термостат;
8 — патрубок для подачи свежей воды;
9 — распределитель;
10 — температурный разделительный слой

В основу этого решения были положены следующие экспериментальные результаты:

1) в емкостном водонагревателе 1 с расположением нагревательных устройств на дне емкости нагрев всего объема воды ниже температурного разделительного слоя 10 (граница между холодной и теплой водой в емкости) происходит равномерно:

2) температурный разделительный слой стабилен и сохраняется при догреве практически до момента выравнивания температур, если только удается избежать возникновения больших завихрений путем уменьшения скорости воды на входе.

Из рисунка видно, что кроме термостата, предназначенного для включения и выключения насоса 6 и компрессора 2, в контуре горячей воды не предусмотрены никакие дорогостоящие регулирующие контуры с регулирующими клапанами.

Циркуляционный насос забирает хозяйственную воду из емкости через патрубок 8, иногда с добавлением свежей воды и прокачивает ее через конденсатор 3 без какого-либо регулирования. Нагретая Б конденсаторе вода через распределительное устройство 9 направляется снова в нижнюю часть емкостного водонагревателя таким образом, чтобы не возникало завихрений потока, а также «короткого замыкания> между струями воды, выходящими из соседних отверстий распределителя. Распределительное устройство выполнено, как правило, в виде горизонтальной трубы с маленькими отверстиями или прорезями для выхода воды. Вода, нагретая в конденсаторе всего на несколько градусов, смешивается с более холодной водой той части емкости, которая находится ниже температурного разделительного слоя.

Более холодная вода, забираемая из емкости, прокачивается через конденсатор до тех пор, пока не достигается температура, установленная на термостате, после чего последний выключает компрессор и циркуляционный насос.

Преимущества этой схемы очевидны:

1) температура конденсации устанавливается автоматически с учетом температуры потока воды, превышая последнюю лишь на несколько градусов;

2) достигается оптимальные значения коэффициента преобразования, а тем самым и потребления электроэнергии;

3) время нагрева при такой схеме меньше, чем при работе с такими установками с тепловыми насосами, в которых свежая вода сразу нагревается до рабочей температуры путем соответствующего регулирования, поскольку производительность теплового насоса при более низких температурах конденсации возрастает;

4) тепловой насос может быть выполнен как компактный агрегат. За счет принудительной циркуляции достигается более высокий коэффициент теплопередачи, что позволяет уменьшить поверхность теплообменника;

5) регулирование осуществляется с помощью термостата, что упрощает схему. Отпадает необходимость в установке водяного регулирующего вентиля и регулятора.

В практических условиях при эксплуатации установки с тепловым насосом на молочной ферме, рассчитанной на 1200 животных, получены следующие параметры (проект разработан Сельхозпроект в Потсдаме):

Охлаждение молока (14 м3/сут), гр.С - 32 до 4

Приготовление горячей воды (14—17 куб.м/сут), гр.С - с 50 до 55

Характеристики теплового насоса:

максимальная мощность привода, кВт - 12

дневное потребление энергии, кВт.ч/сут - 216

дневная теплопроизводительность (нагрев 15,5 м3 воды с 28 до 50°С), кВт.ч/сут - 397

дневная холодопроизводительность (охлаж-дение 14 м3 молока с 10 до 4°С), кВт.ч/сут - 163

суммарная дневная теплопроизводительность нагрев 15,5 м3 воды с 10 до 50°С), кВт.ч/сут - 720

В настоящее время установка обеспечивает ежегодную экономию бурого угля в брикетах в размере 137 т. Капитальные затраты примерно на 20% ниже, чем при раздельном исполнении холодильной и отопительной установки.

В данном проекте еще не были учтены упомянутые выше соображения о размещении конденсатора в самом емкостном водонагревателе, вследствие чего можно ожидать дальнейшего повышения экономичности установки как и отношении капитальных затрат, так и потребляемой электроэнергии.

Схема теплового насоса, применяемого в колбасном производстве для процессов созревания колбасы
1 — воздухонагреватель;
2 — воздухоохладитель; 3 — паронагреватель;
4 — сборный резервуар;
5 — подача свежей воды через поплавкорый клапан;
6 — конденсатор;
7 — испаритель,
8 — компрессор;
9 — резервуар для холодной воды;
10 — насос (включается примерно при t2= 31 гр.С;
11 — кондиционеры для помещений, где происходит созревание колбасы

Применение тепловых насосов для комбинированной выработки холода и теплоты в пищевой промышленности обеспечивается и при реализации процессов созревания, например сыров или колбас. Поясним принципиальное устройство такой установки на примере процесса созревания колбасы.

Оптимальная температура для созревания колбасы находится в диапазоне от 10 до 15°С. Относительная влажность воздуха в помещении, где происходит созревание колбасы, устанавливается ежедневно в зависимости от степени высыхания колбасы. В качестве ориентировочных значений можно руководствоваться следующими:

с 1 по 4 сут. ....... от 90 до 85%

с 5 по 10 сут. . . . . . . . 85%

с И по 20 сут. ...... 80%

с 21 и до конца ...... от 75 до 70%

Поскольку в процессе созревания колбасы выделяется большое количество воды, необходимо осушать воздух в помещении, чтобы поддерживать заданные влажностные режимы.

Установка работает с принудительной циркуляцией воздуха. Воздух забирается из помещений, где происходит созревание продукта, и осушается за счет охлаждения при низких температурах. После этого приточный воздух необходимо снова нагреть примерно до температуры воздуха в помещении. На рис. показана принципиальная схема теплового насоса, предназначенного для работы на 72 камеры для созревания колбасы с суммарной производительностью примерно 425 т исходной (необработанной) колбасы за один цикл созревания. При эксплуатации этой установки получены хорошие технологические и энергоэкономические показатели.

Вывоз мусора стране и утилизация отходов

Мвф заводит экономику на посадку. Энергоаудит и энергосбережение в котельных установках. Реализация проектов генерации эл. А нужен ли электрокотел?. Зачем нужен.

Главная страница -> Технология утилизации

Экологически чистая мебель:

Сайт об утилизации отходов: