Технические решения для повышения энергоэффективности Главного корпуса

Энергоэффективная (с использованием ВЭР) механическая вентиляция в Главном корпусе должна сочетать в себе функции отопления и кондиционирования, при этом быть простой, надежной и дешевой. СНиП 41−01−2003 [17] выдвигает следующие основные требования при использовании ВЭР:

¦целесообразность использования ВЭР для отопления, вентиляции и кондиционирования, выбор схем утилизации теплоты (холода), теплоутилизационного оборудования и теплонасосных установок должны быть обоснованы технико-экономическим расчетом с учетом неравномерности поступления ВЭР и теплопотребления в системах;

¦концентрация вредных веществ в приточном воздухе при использовании теплоты (холода) ВЭР не должна превышать нормированных величин.

Приведем пример инженерного решения, призванного удалить излишки тепла из верхней части дымососного отделения Главного корпуса и использовать его в качестве тепловых завес для ворот здания и перегородки временного торца. Принципиальная схема воздушно-отопительной системы приведена на рис. 1.

Забор теплого воздуха производится из верхних точек дымососного отделения Главного корпуса. Вентиляционные агрегаты канального типа с фильтрующими элементами на всосе могут работать как парой, так и по отдельности. Ключевыми элементами системы являются теплоутилизаторы, смонтированные на диффузорах дымососов котлов прямоугольного сечения (рис. 2). Их параллельное присоединение в зоне вероятного отрыва потока в диффузоре не увеличит сопротивление тракта дымоудаления.

Конструкция теплоутилизаторов может быть предельно простой, что позволит изготовить изделия силами местных подрядных организаций. Предполагается, что основными деталями теплоутилизатора могут являться: корпус прямоугольного сечения из листового материала с двумя трубными досками со стороны подачи и отсоса дымовых газов. Поверхность теплообмена формирует ряд труб Ду 100 мм, проходящих сквозь трубные доски. Используем прямоугольные фланцевые соединения к воздуховоду и к диффузору тракта дымоудаления; в качестве материала теплообменных труб теплоутилизатора — кислотостойкую легированную сталь 10Х18Н9Т, широко применяемую в теплоэнергетике.

Тепловую производительность теплоутилизатора QT определим по формуле:

где Ft — площадь поверхности теплопередачи, м2; k — ориентировочное значение коэффициента теплопередачи от газа к газу, который равен 29,075 Вт/(м2.К) или 25 ккал/(м2.ч.ОС) [18]; Дt — средняя разность температур, ОС.

При определении Ft исходим из ориентировочных размеров теплоутилизатора: сечение — 1000×1500 мм, длина — 1500 мм. По всей площади сечения расположим 48 шт. труб Ду 100 мм. Для интенсификации теплообмена между трубами, в продольном направлении расположим ребра из листа. После несложных выкладок получаем примерную площадь теплообмена Ft=27,66 м².

Среднюю разность температур Д^ определим по формуле:

Дtср=(Дtв-Дtм)/[2,3lg (Дtв/Дtм)]. (16).

Здесь: Дtв=120 ОС, Дtм=20 ОС — средняя температура газа и средняя температура воздуха соответственно.

По формуле (16) получаем Д^=55,9 ОС, а по формуле (15) находим Qt=45 кВт, что достаточно весомо для тепловой завесы ворот производственных зданий.

Утилизируя часть теплоты уходящих газов, следует также учитывать возможность коррозии низкотемпературных поверхностей газоходов при охлаждении газов до температуры точки росы. Докажем, что при заборе воздуха внутри помещения снижение температуры газов окажется пренебрежительно малым в связи с незначительной мощностью теплоутилизатора по сравнению с номинальной мощностью потока тепла с уходящими газами.

Известно, что потери с уходящими газами для данного типа котлов составляют от 4 до 7%. Исходя из средней величины потерь q2=5,5%, определим значение мощности Q2|< теплового потока с уходящими газами по формуле:

Значения DK, iпм, iпв и зкбрутто аналогичны ранее принятым (см. расчет Q5k по формуле (12)). В итоге получим Q2k=17 895 кВт.

Очевидно, что в месте присоединения теплоутилизатора с диффузором происходит разделение потока — часть тепла поступает в теплоутилизатор. Так как тепловая мощность прямо пропорциональна разности температур, можно оценить относительное изменение разности температур в случае такого разделения:

где ДQ=0,5Q2к-Qт — мощность потока при использовании теплоутилизатора, кВт.

Коэффициент 0,5 в последних двух формулах означает, что у котла данного типа два дымососа.

По (18) получим ДФ=0,5%, т. е. в результате столь незначительного отбора тепла снижение температуры уходящих газов будет пренебрежимо мало и эффект, связанный с этим, может быть ощутим только непосредственно в месте присоединения. Для дальнейшей минимизации последствий и улучшения циркуляции можно присоединить теплоутилизатор через переходной призматический короб, как показано на рис. 2.

Суммарные капитальные затраты на реализацию предложенной схемы ориентировочно составят от 1 до 1,5 млн руб. Стоимость может быть снижена, если все нестандартные изделия выполнить силами местных подрядных организаций по чертежам, изготовленным инженерным персоналом Усть-Илимской ТЭЦ с привязкой к конкретным условиям.

Оценим стоимость тепла, вырабатываемого системой для тепловых завес и обогрева временного торца. Предположим, что поток тепла, принудительно направляемый из верхних точек отделения (с избыточным количеством теплоты) в нижние холодные зоны, идет на восполнение потерь с инфильтрацией воздуха. Среднюю мощность теплового потока в отопительный период оценим по формуле:

Qд=GкCv (tв-tHр), Вт.

где GKрасход канального вентилятора, равный 3,47 кг/с или 15 000 м3/ч; ^=20 ОС — средняя температура в дымососном отделении; tjf — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, значение который определим, используя данные по средней температуре холодных месяцев в данном регионе, приведенные в [16]:

tif=(-25,4−22−12,6−1,6−21−14,8−23,8−3,6)/8= =-15,6 ОС.

В результате получаем Qfl=124,2 кВт.

Добавим к этой мощности мощность двух утилизаторов в случае работы одного из двух котлов и получим среднюю мощность установки Qfl+2QT=124,2+2×45=214,2 кВт. Исходя из себестоимости 1 кВт. ч (0,6 руб./кВт.ч) и восьмимесячного отопительного сезона, получим искомую стоимость тепла за один отопительный сезон: 8×30×24×0,6x (Qfl+2QT)x10−3=740,3 тыс. руб.

Сравнивая полученный результат с суммарными капитальными затратами (до 1,5 млн руб.) на реализацию предлагаемого технического решения, можно сделать вывод, что окупаемость проекта наступит в ходе третьего отопительного сезона с момента его внедрения.