Утилизация теплоты, выделяющейся при работе холодильной установки промышленного предприятия - УКЦ

Дефицит и рост стоимости энергоресурсов делают повторное использование тепла, выделяющегося при работе холодильных установок, крайне актуальным. При этом не только сокращаются эксплуатационные расходы, но и снижается вредное влияние на окружающую среду.

Рис. 1. Зависимость количества нагреваемой воды от температуры ее нагрева

Рис. 2. Зависимость капитальных затрат на систему утилизации теплоты перегрева от температуры нагрева воды

Рис. 3. Зависимость ориентировочного срока окупаемости системы утилизации тепла от температуры нагрева воды: синяя линия — на предприятиях с газовой котельной, зеленая линия — на предприятиях с котельной на дизельном топливе

Технические решения холодильных установок с системой утилизации тепла приведены в работе [1]. Для стабильного подогрева теплоносителя компрессоры должны работать с максимальным коэффициентом рабочего времени. Такой режим возможен на предприятиях с постоянной тепловой нагрузкой в течение года — таких, как молокозаводы и ледовые дворцы.

Молокозавод. Оценим количество воды, которое можно нагреть, если оснастить системой утилизации теплоты перегрева [1], [2] холодильную установку молокозавода. Производительность ее примем равной 2 МВт, режим работы таков, что температура кипения/температура конденсации составляют -1°С/+35°С, используется фреон R22. Коэффициент рабочего времени — 0.6, начальная температура воды +10°С. На рис. 1 представлена полученная в результате расчетов зависимость, благодаря которой можно определить, до какой температуры можно нагреть необходимое количество воды, используя тепло, выделяемое холодильной установкой.

Капитальные затраты на систему утилизации включают в себя стоимость дополнительного комплекта устройств запорной и регулирующей арматуры, необходимой для автоматизации процесса [2], а также стоимость пластинчатого медно-паяного теплообменника EnFusion производства Danfoss. Зависимость этих затрат от температуры нагрева воды изображена на рис. 2. Она обусловлена увеличением площади теплообменной поверхности при повышении требуемой температуры нагрева. Стоимость устройств автоматизации, а также дополнительные затраты на монтаж в данном расчете не учтены.

Зная удельную теплоту сгорания топлива, использующегося для нагрева воды в котельной, можно рассчитать срок окупаемости системы утилизации. Результаты расчета приведены на рис. 3. Для молокозавода, на примере которого проводились расчеты, потребность в воде для уборки составляет около 120 тонн в сутки [4] (в расчете на четырехкратную уборку площади 10 000 м 2). Такой расход можно обеспечить, нагревая воду в теплообменнике-утилизаторе от 10°С до 35°С (t2 t1=25°С) (см. рис. 1). Дальнейшее повышение температуры при необходимости можно осуществить в котельной. Из графика на рис. 3 видно, что срок окупаемости необходимой системы утилизации теплоты, при наличии дизельной котельной, составляет около полугода (при цене дизельного топлива 0,5 евро за килограмм), а если котельная газовая — год (при цене природного газа 0,2 евро за куб. метр).

При необходимости, можно утилизировать всю теплоту конденсации [1], [2], например, для защиты пучинистых грунтов от промерзания. Это особенно актуально для установок, обеспечивающих холодом ледовые спортивные площадки. У данных объектов потребность в тепле (для подогрева грунта) и охлаждении совпадают по времени, что дает возможность использовать систему утилизации теплоты максимально эффективно.

Ледовый дворец. Для защиты грунта под охлаждаемой плитой от промерзания часто используется водный раствор этиленгликоля. Когда залит лед, холодильная установка работает с коэффициентом рабочего времени, близким к единице. В это же время необходимо подогревать грунт. Если на площадке проходят мероприятия, не требующие ледового покрытия, то и обогрев грунта не нужен.

Рассмотрим типовую ледовую арену. Производительность холодильной установки — 300 кВт. Режим работы: температура кипения/температура конденсации -15/+45°С, фреон R22, коэффициент рабочего времени 1. Для подогрева грунта используется 35%-ный водный раствор этиленгликоля, выходящий из теплообменника с температурой +7°С и возвращающийся обратно с температурой +3°С.

Ориентировочный срок окупаемости подобной системы утилизации теплоты, полученный в результате расчетов, составляет около 5 месяцев. Сравнение эксплуатационных затрат проводилось с вариантом нагрева этиленгликоля ТЭНами. Стоимость электроэнергии принималась равной 0,06 евро за 1 кВт/ч.

Список литературы:

Статья подготовлена редакцией журнала "Мир климата"