(1) – 13,9 Гкал/час

Перспективы применения теплонасосных технологий с
использованием низкотемпературных тепловых отходов
технологических процессов для повышения энергетической
эффективности работы оборудования металлургических
предприятий Республики Казахстан
Казахстан
А.Ш.Алимгазин, д.т.н., профессор,
Директор НИИ «Энергосбережение и энергоэффективные
технологии» ЕНУ им.Л.Н.Гумилева
г.Астана, 2014 г.
В настоящее время вопросы
энергосбережения и
эффективного использования
возобновляемых и
альтернативных источников
энергии, являются одними из
приоритетных направлений
развития различных отраслей
экономики Республики
Казахстан.

Существенное улучшение
экономических и экологических
характеристик производства
тепловой энергии достигается с
помощью теплонасосных
установок (ТНУ), позволяющих
трансформировать
низкопотенциальную теплоту ВЭР и
возобновляемых природных
источников до более высоких
температур, пригодных для целей
теплоснабжения.
Эффективным направлением использования ТНУ, как показывает опыт развитых стран мира, является направление
энергосбережения, связанное с утилизацией низкотемпературных тепловых
отходов (5-45°С) технологических
процессов промышленных предприятий
(оборотная вода технологических циклов
металлургических предприятий,ТЭЦ,
ГРЭС, сбросные воды канализационноочистных сооружений крупных городов и
населенных пунктов и т.п.) с целью
снижения вредных выбросов в атмосферу
и одновременным получением теплоты
более высоких параметров.
Преимущества применения тепловых
насосов в промышленности
 Наличие
практически
неограниченных
источников теплоэнергии, что означает
сбережение
невозобновляемых
энергоресурсов
(твердого
и
жидкого
топлива).
 Защита
окружающей
среды
путем
сокращения
вредных
выбросов
в
атмосферу, в том числе и СО, SO2 , NOx , золы.
 Широкий
диапазон мощностей тепловых
насосов в зависимости от потребности.
Первый в Республике Казахстан промышленный тепловой
насос НТ-3000 (тепловая мощность 3,7 Гкал) запущен ЗАО
«Энергия» на АО «Казцинк» в декабре 1999 г.
(г.Усть-Каменогорск)
Опыт работы промышленного теплового насоса
НТ-3000 на АО «Казцинк»








Установлен в 1999 году в теплосиловом
отделении энергоцеха предприятия
ТН используется для подогрева исходной воды
для станции химводоочистки и захолаживания
оборотной воды
Капитальные затраты - 27,7 млн.тг.(1$ =122
тенге)
Средняя себестоимость теплоэнергии – 198
тг/Гкал
Срок окупаемости капитальных затрат – 2,5 года
Среднегодовая выработка теплоэнергии – 8800
Гкал
Выработка ТН эквивалентна 4,5 тн пара в час
Коэффициент преобразования - 6


Сбросная теплота городских канализационно-очистных сооружений городов и
крупных населенных пунктов
как показывают исследования, температура сточных канализационных вод
составляет 20–30°С и изменяется в
малых пределах в течение года;
при использовании ТНУ, даже при
температуре канализационных стоков
18–22°С, затрачивая 1 кВт-ч
электрической энергии, можно получить
5–8 кВт-ч утилизированной тепловой
энергии.
Применение теплоты сточных вод
для тепловых насосов в КНР
• На предприятии по очистке сточных
вод (г.Шэньян) установлено
оборудование - тепловые насосы типа
GSHP- 8800 (8,8 МВт). Источник
низкопотенциальной теплоты сточные воды с температурой до 20 С
и объемом до 120 000 м3/час.
• Твод., подаваемой потребителю 70 С.
Суммарная проектная мощность
теплонасосной станции, работающей
от теплоты сточных вод, составит 280
мВт (30 машин) и позволит
обеспечить теплом до 1/3 объектов
теплоснабжения в г.Шэньян
Перспективы использования ТНУ
на АО «АрселорМитталСтил» и
других объектах г.Темиртау

Согласно «Плана
мероприятий по ООС на
2009 -2011 годы на АО
«АМТ» разработано ТЭО
проекта с применением
ТНУ по использованию
низкопотенциальной
теплоты :
- оборотной воды кислородной станции №2;
- сточных вод цеха
очистных сооружений
(ЦОС)
Использование низкопотенциальной
теплоты оборотной воды
кислородной станции №2






Параметры оборотной
воды, идущей на градирни
КС №2:
- температура воды источника теплоты
- зима вход./вых.
+24/+15 С;
- лето вход./вых.
+36/+30 С;
- объем до 6 500 м3/ час
- площади отапливаемых
производственных
зданий, АБК – 22 845 м2
Сравнительный анализ эффективности
работы 2 систем отопления

Годовая нагрузка объектов КС-2, Гкал/год:
- отопление – 47 251,2, ГВС – 61 320
Суммарные эксплуатационные затраты по
использованию оборудования, тыс.тенге/год:
- теплоснабжение от ТЭЦ-ПВС - 367 407,2;
- предлагаемая ТСТ- 69 891,092
Стоимость 1 Гкал вырабатываемой теплоты:
- от ТЭЦ-ПВС – 1 628,0 тенге; ТСТ – 643,73 тенге;
Годовая экономия угля, тонн/год - 33 853
Годовой экономический эффект, тыс.тенге – 106
862,84
Срок окупаемости капиталовложений-4,3 года
Перспективы
использования ТНУ на ТОО
«Корпорация Казахмыс»

На протяжении 2008-2012 г.г. совместно с
ведущими российскими учеными в области
внедрения теплонасосных технорлогий
(ЗАО «Энергия», г.Новосибирск) нами
проводились исследования по возможностям
применения ТНУ на предприятиях ТОО
«Казахмыс», в частности на ПО «Балхашцветмет».


ПО «Балхашцветмет» ТОО «Корпорация Казахмыс» располагает 3 градирнями, работающими в
системах охлаждения технологического оборудования
Отопление и горячее водоснабжение (ГВС)
промплощадки осуществляется по 2 тепловым
сетям от Балхашской ТЭЦ по видам нагрузки:
1. Нагрузка системы отопления (1) – 13,9 Гкал/час
горячее водоснабжение – 5,5 Гкал/час
2. Нагрузка системы отопления (2) – 12,8 Гкал/час
горячее водоснабжение – 1,5 Гкал/час
Итого- суммарная потребность в теплонасосном
тепле на отопление – 26,7 Гкал/час, на ГВС – 7,0
Гкал/час
Схема расположения градирен и магистральных
тепловых сетей ПО «Балхашцветмет»

Источники
низкопотенциальной теплоты

1. Градирня двухконтурная МПЦ
- расход воды источника – 1 500 м3/час (вторичный
контур);
- температура воды, подаваемой на градирню:
лето: 32 ÷ 330С; зима: 28 ÷ 290С
- температура воды после градирни:
лето: 18 ÷ 200С; зима: 15 ÷ 170С.
2. Градирня одноконтурная СКЦ
- расход воды источника – 11 000 м3/час;
- температура воды, подаваемой на градирню:
лето: 32 ÷ 340С; зима: 28 ÷ 300С
- температура воды после градирни: лето/зима: 230С
(система автомат.поддержания заданной температуры)

3. Градирня одноконтурная ППК
- расход воды источника – 2 100 м3/час;
- температура воды, подаваемой на
градирню:
лето: 30 ÷ 340С; зима: 28 ÷ 320С
- температура воды после градирни:
лето: 20 ÷ 240С; зима: 19 ÷ 220С
- Мин.температура, до которой может быть
охлаждена вода источника, 0С – не
ограничена
На теплоснабжение промплощадки предприятия требу-
ется, как рассмотрено ранее, 33,7Гкал/час. Для производства такого количества тепла будет достаточно одного низкопотенциального источника – градирни СКЦ.
При обязательном выполнении требования – охлаждения
воды низкопотенциального источника (зимой и летом)
до +23 С охладить всю воду градирен не удастся, будет
охлаждена часть оборотной воды градирни СКЦ, коли-
чество которой будет определено из расчетов.
Производство теплонасосного тепла должно быть
сосредоточено в одной точке, максимально приближенной к градирне СКЦ. Помещение для теплонасосной
станции (ТНС) должно быть выполнено из сэндвичей,
т.к. будет иметь место выделение тепла тепловыми
насосами в помещении.
Предварительный анализ реальных
возможностей рассматриваемого проекта

Реально в наличии имеем 2 источника - градирня
МПЦ с расходом воды 1 500 м3/час и градирня СКЦ – 11
000 м3/час. Определим максимальное количество
сбросного тепла, поступающего из МПЦ и СКЦ.

Qнпи от градирни МПЦ=
лето (33-18)*1,5*106=22,5 Гкал/час;
зима (29-15)*1,5*106=21,0 Гкал/час

Qнпи от градирни СКЦ=
лето (34-23)*11*106=121 Гкал/час;
зима (30-23)*11*106=77,0 Гкал/час
Принимаем, что при коэффициентах преобразования в
тепловых насосах, равных Ψ =5 ÷ 6, получим

от градирни МПЦ: Qпол. = (Ψ/ Ψ -1)*Qнпи
лето – Qпол = 28,1 (Ψ=5) ÷ 27,0 (Ψ=6) Гкал/час
зима - Qпол = 26,3 (Ψ =5) ÷ 25,2 (Ψ=6) Гкал/час
от градирни СКЦ:
лето – Qпол =151,3 (Ψ=5) ÷ 145,2 (Ψ = 6) Гкал/час;
зима - Qпол = 96,3 (Ψ=5) ÷ 92,4 (Ψ = 6) Гкал/час .
Из предварительных расчетов следуют выводы:
1. Для полного теплоснабжения всей промплощадки - 33,7
Гкал/час низкопотенциального тепла МПЦ (21,0 ÷ 22,5)
Гкал/час недостаточно.
2. Таким образом, теплоснабжение промзоны наиболее
целесообразно осуществлять от ТНС, использующей
низкопотенциальное тепло от градирни СКЦ

3. Т.к. на низкопотенциальном сбросном тепле СКЦ зимой
можно получить Qпол =96,3 ÷ 92,4 Гкал/час, а всего требуется
Qпол =33,7 Гкал/час, то при полном обеспечении отоплением
и ГВС промплощадки остается избыток тепла, которое
можно будет передать в городские тепловые сети.
Определим количество этого передаваемого в город тепла при
использовании всего низкопотенциального тепла от обеих
градирен МПЦ и СКЦ.


Зима: Qполез. градирни МПЦ и СПЦ=(96,2 ÷ 92,4) + (26,3 ÷
25,2)=122,6 ÷ 117,6 Гкал/час;
Лето: Qполез. градирни МПЦ и СПЦ = (151,3 ÷ 145,2) +
(28,1 ÷ 27,0) = 179,4 ÷ 172,2 Гкал/час;
Qполезное, передаваемое в городские теплосети:
Зима: Qпол.отопл.= (122,6 ÷ 117,6) – 33,7= 88,9 ÷ 83,9 Гкал/час
Лето: Qпол.ГВС= (179,4 ÷ 172,2) – 7,0 = 172,4 ÷ 165,2 Гкал/час
РЕЗЮМЕ



Промзона будет круглогодично получать теплонасосное тепло:
Зима – 33,7 Гкал/час
Лето – 7,0 Гкал/час
Городские тепловые сети могут получать при использовании
низкопотенциального тепла от 2-х градирен МПЦ и СКЦ
теплонасосное тепло:
Зима – 88,9 ÷ 83,9 Гкал/час
Лето – полное закрытие потребностей города в тепле на ГВС
(примерно 80 ÷ 85 Гкал/час)
С применением теплонасосных технологий появится в
дальнейшем реальная возможность замены существующего в
настоящее
время
теплоснабжения
коммунальной
и
производственной сферы от теплофикационных отборов турбин на
Балхашской ТЭЦ, предполагается, что такая замена позволит
высвободить пар теплофикационных отборов для производства
дополнительной электрической энергии;
В отопительный период
на это может пойти все тепло
теплофикационных отборов, идущее на отопление и ГВС, а летом –
только в объеме тепла, затрачиваемого на ГВС
Согласно«Регионального комплексного
плана по энергосбережению и
использованию ВИЭ, вторичных
энергоресурсов на 2012-2015 годы г.
Астаны » предусматривается применение
ТНУ на ряде объектов столицы с
использованием сбросной теплоты КОС
АО«АстанаСуАрнасы», а также теплоты
грунта, грунтовых вод на ряде объектов
бюджетной сферы (СШ№41, СШ№ 44,
д/сад № 59)
использование сбросной теплоты
циркуляционной воды ТЭЦ-2
• Перспективным представляется
совместная реализация с ЗАО
«Энергия» (г.Новосибирск)
пилотного энергосберегающего
проекта в г.Астане с использованием сбросной теплоты
циркуляционной воды ТЭЦ-2
для собственных нужд станции,
а также для теплоснабжения
различных объектов столицы .
• Параметры сбросной воды,
идущей на градирни ТЭЦ-2:
• - температура 20-32 С;
• - объем до 32 000 м3/ час




Экономия (замещение) органического
топлива с помощью тепловых насосов
происходит за счет полезного вовлечения
выбросов низкопотенциальной теплоты
на ТЭЦ-2 г.Астаны.
Это достигается двумя способами:
- прямым использованием охлаждающей
технической воды ТЭЦ в качестве
источника низкопотенциальной теплоты
(ИНТ) для тепловых насосов (вместо
подачи ее в градирни станции);
- использованием в качестве ИНТ для
тепловых насосов обратной сетевой воды,
возвращаемой на ТЭЦ-2, температура
которой снижается до 20...25 °С.

СПАСИБО
ЗА
ВНИМАНИЕ !