Система теплопостачання на основі термотрансформації енергії стабілізуючого охолодження печі та низькопотенціальних джерел

Система теплопостачання на основі термотрансформації енергії стабілізуючого охолодження печі та низькопотенціальних джерел, що містить контур повітряного охолодження з послідовно з'єднаними між собою повітропроводом укриття печі, калорифер, вентилятор і контур водопроводу, що містить температурний регулятор витрати, бакакумулятор для збору нагрітої води для системи теплоспоживання, а також герметичний повітряний контур, контур холодного водопроводу, що розділений на дві частини, рециркуляційна частина якого з'єднана з трубопроводом початкової води, а U 1 3 ресурс енергії для найбільш обґрунтованого напрямку застосування [1] в промисловому теплопостачанні на цей час практично не використовується. З позицій ефективного його використання для промислового теплопостачання недоліками аналізованої системи є те, що в зазначеній системі відсутня функціональна можливість одночасної утилізації та використання енергії багаточисельних вторинних та відновлюваних низькотемпературних джерел, а також прямого зв'язку абонентської системи з теплогенеруючими системами термотрансформації. Цей недолік вкрай звужує функціональну спроможність системи та знижує її енергетичну ефективність. Надання таких функцій системі теплопостачання на цій основі важливо, як для основного робочого, так і ремонтно-відновлювального режиму експлуатації печі, що пов'язано, перш за все, з заміною відпрацьованої футерівки. В ремонтновідновлювальний період вимушено подається теплота для систем промислового теплопостачання від традиційних джерел енергії після спалювання там органічного палива при великій наявності енергії низькопотенціальних джерел. Задачою запропонованої корисної моделі є розширення функціональних можливостей та перетворення системи стабілізуючого охолодження печі на систему енергоефективного промислового теплопостачання, яке досягається: - розширенням функціональних можливостей використання вторинної та відновлюваної теплоти низькотемпературних джерел; - на вищезазначеній основі можливістю роботи системи теплопостачання, як в основному робочому, так і в ремонтно-відновлювальному режимі експлуатації печі; - підвищення ефективності роботи системи промислового теплопостачання за рахунок трансформованої теплоти для підвищення температурного рівня відпрацьованого теплоносія систем абонентського теплоспоживання, що досягається на основі парокомпресійного циклу. Поставлена задача досягається сукупною взаємодією в роботі системи наступних ознак: - наявності патрубків автоматизованого скиду відпрацьованого рециркуляційного повітря та забору рівнозначної вагової частини для заміни його газоповітряними потоками низькотемпературних джерел; - наявність допоміжної ділянки трубопроводу, яка з'єднана зі зворотною магістраллю системи абонентського теплоспоживання з застосування автоматичного триходового крану та з трубопроводом нагрітої води на вході в конденсаторний теплообмінник. Зазначені ознаки є суттєвими, тому що їхня практична реалізація безпосередньо визначає технічний результат відповідно до поставленої задачі, досягнення якої забезпечується цілком визначеним причинно-наслідковим взаємозв'язком відповідних елементів в роботі всієї системи теплопостачання. Концептуальний підхід до підвищення ефективності промислового теплопостачання полягає в 61472 4 тому, що запропонована система базується на основі повної компенсації енергії парокомпресійного переохолодження відібраної частини рециркуляційного потоку повітряного охолодження печі теплотою низькопотенціальнихх джерел. При цьому до раціональних низькотемпературних джерел енергії відносяться, перш за все, відпрацьовані газоповітряні потоки, зокрема після технологічного охолодження кінцевого продукту, після розроблених авторами [1] перспективних пристроїв повітряноструменевого охолодження печей на суміжних ділянках, а також потоки відпрацьованого вентиляційного та зовнішнього повітря, перш за все, в міжопалювальний період року в південних регіонах України. З аналізу особливостей теплотехнології виробничого процесу в обпалювальних печах очевидна логічність використання енергії спряжених енергетичних потоків для промислового теплопостачання, як в робочий, так і в ремонтновідновлювальний період експлуатації пічного агрегату. Робота запропонованої системи з ефективним використанням вторинних та відновлюваних низькотемпературних джерел енергії повітряних та газоповітряних потоків можлива за необхідності належної їх очистки. Більш детально суть корисної моделі розкривається кресленням та викладеним в наступному. Контур повітряного охолодження складається з укриття печі 1, калорифера 2, вентилятора 3, що послідовно з'єднані рециркуляційним повітропроводом. Основний трубопровід холодного водопроводу на вході в систему оснащений поверхневим / теплообмінником 5 , насосом 8, температурним регулятором витрати РТ-1, калорифером 2, поверхневим теплообмінником 4 на ділянці до бакаакумулятора 7, який з'єднаний із системою теплоспоживання. Рециркуляційна частина трубопроводу після поділу потоку вихідної води забезпечена поверхневим теплообмінником 5, аналогічно як і / теплообмінник доохолодження початкової води 5 . / ЦІ теплообмінники 5 і 5 по міжтрубному просторі з'єднані між собою паралельно, а з конденсаторним теплообмінником 4, дросельним вентилем (ДВ) і з компресором 6 - послідовно. Таким рішенням утворений термотрансформаторний цикл, який зображений пунктиром, що дозволяє відбирати тепловий потік від вихідної холодної води та її рециркуляційної частини в вищезазначених теп/ лообмінниках 5 і 5 з наступною передачею теплоти в конденсаторному теплообміннику 4. Тут відбувається догрівання теплої води після калорифера 2 до необхідної температури для системи теплоспоживання. Зворотна магістраль з відпрацьованим теплоносієм після системи теплоспоживання забезпечена триходовим краном 9 та додатковою ділянкою трубопроводу, яка з'єднана з трубопроводом на вході в конденсаторний теплообмінник 4. Система працює таким чином. Вихідна початкова вода з холодного питного водопроводу з початковою температурою tхв, що у різні періоди року має різну температуру (5-25 °С), за допомогою насоса 8, проходить через випарний теплообмін/ ник 5 , охолоджується до температури 2-5 °С, tx=const. Це дозволяє знизити температуру повіт 5 ряного потоку для охолодження печі, після чого вона надходить у калорифер 2. В здвоєних каналах укриття 1 забезпечується регульована струминна дія повітряного потоку з загальною постійною витратою теплоносія та постійним його перепадом температур для стабілізуючого охолодження поверхні печі незалежно від зміни температури зовнішнього повітря на протязі року. Після охолодження печі гаряче повітря поступає в калорифер 2 і нагріває воду. В калорифері 2 проходить глибоке охолодження рециркуляційного газоповітряного потоку з метою використання енергії низькопотенціальних джерел. Частина охолодженого рециркуляційного повітря після калорифера 2 видаляється в атмосферу через патрубок 10 і замінюється теплим газоповітряним потоком або відпрацьованим вентиляційним чи зовнішнім повітрям через патрубок 11. При цьому для теплопостачання використовується спряжена енергія охолодження печі та відпрацьованих газоповітряних потоків або вентиляційного та зовнішнього повітря. Для цього передбачені відповідно патрубки 10 та 11. Тепла вода з температурою tтв після калорифера 2 поділяється на два потоки. В якості догрівального й охолоджуючого пристрою використовується замкнутий парокомпресійний цикл в контурі теплового насоса. Тут в якості конденсатора служить теплообмінник 4, де відбувається нагрівання води в процесі конденсації робочого тіла, а випарниками / є теплообмінники 5, 5 , де відбувається відбір теплоти за рахунок кипіння фреону. Вони паралельно з'єднані між собою і послідовно з'єднані по міжтрубному простору трубопроводом з дросельним вентилем (ДВ) і компресором 6 з зовнішнім приводом в процесі циклу термотрансформації. Теплота конденсації передається потоку води на рециркуляційному трубопроводі теплоносієві - воді, що надходить у бак-акумулятор 7, а після вода за до/ помогою насоса 8 подається в систему гарячого водопостачання. Для підвищення ефективності енергопостачання в випарному теплообміннику 5 відбирається теплота з наступною передачею її в конденсаторі 4 тому ж потокові води на шляху до бака-акумулятора 7. Отже, охолоджена частина рециркуляційного і вихідного потоку води забезпечують умови досить глибокого і постійного в часі охолодження циркулюючого повітря. Таким чином, після поділу потоку частина теплоносія надходить у бак-акумулятор, де нагрівається до температури не менш 50-60 °С. З метою більш ефективного використання енергії низькопотенціальних джерел та теплоти охолодження відпрацьована вода з абонентської системи теплоспоживання поступає по додатковому трубопроводу в конденсаторний теплообмінник 4 для підвищення температури води. В разі зниженої потужності системи теплос 61472 6 поживання передбачена можливість забору води за допомогою триходового крана 9 з бакаакумулятора для догрівання з рециркуляційною подачею її знову в бак-акумулятор. Це розширює ефективність дії всієї системи генерації та споживання енергії спряжених теплових потоків. Таким чином, запропонований взаємозв'язок відмінних ознак, у порівнянні з аналогом, дозволяє перетворити систему стабілізуючого охолодження печі на систему ефективного теплопостачання на основі спряжених енергетичних потоків стабілізуючого охолодження печі та низько потенціальних джерел. Запропонована система виключає застосування додаткових джерел енергії для догрівання води, як в робочому режимі, так і в ремонтновідновлювальний період роботи підприємства. Техніко-економічна ефективність і доцільність застосування запропонованої системи теплопостачання на основі термотрансформації енергії стабілізуючого охолодження печі та низькопотенціальних джерел дозволяє розширити функціональні можливості системи та покращити енергетичні характеристики систем теплоспоживання. Запропонована система може використовуватись без додаткового нагрівання, а охолоджену суміш вихідної і рециркуляційної частини води підтримувати з постійною температурою протягом теплого і холодного періоду року. Стабілізація початкової температури холодного рециркуляційного повітря на вході в укриття 1 підтримується на постійному рівні незалежно від зміни температури зовнішнього повітря. Таким чином, в процесі проходження постійної витрати теплоносія з необхідною інтенсивністю охолоджуючої дії в повітряному контурі забезпечується необхідний режим стабілізуючого охолодження печі незалежно від зміни температури зовнішнього повітря. Стабілізація охолодження печі протягом року, яка є дуже важливою техніко-економічною проблемою для зони обпалювання, виключає перегрів її конструктивних шарів, внаслідок чого підвищується стійкість і термін служби футерівки, до того ж робота системи паралельно спрямована на підвищення якості продукції виробництва. В запропонованій системі теплопостачання утилізована теплота інтегрованих потоків реалізується з максимальним позитивним ефектом. Джерела інформації: 1. Петраш В. Д. Теплоснабжение на основе утилизации энергии регулируемого охлаждения вращающихся печей. - Одеса: ВМВ, 2006. -280 стр. 2. Петраш В. Д., Сорокіна І. В., Басіст Д. В. Патент на винахід № 88327 «Система стабілізуючого охолодження печі на основі термотрансформації теплоти, яка утилізується». Державний департамент інтелектуальної власності. Бюл. № 19, 2009р. 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 61472 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601