Промышленное избыточное тепло для

Промышленное избыточное тепло для
систем централизованного теплоснабжения
Петер Сонне
Менеджер проекта
Carl Bro A/S
Анализ осуществимости подтверждает, что промышленное
отходящее тепло может легко использоваться новейшими системами централизованного теплоснабжения (в дальнейшем, ЦТ).
Низкая температура отходящего тепла не будет препятствием
для этого.
ЦТ предоставляет больше возможностей для улучшения
энергетической эффективности (в дальнейшем, ЭЭ) общества. Пределы этих улучшений не обнаружены, но самым важным является использование возможностей и
разработка систем для общего использования повышенной ЭЭ.
Отдельные котлы или большие источники электрической энергии широко применимы в промышленности для разрешения энергетических требований. Производство часто
не использует часть тепла, которая выбрасывается как отходы, впустую нагревая атмосферу, как «естественная часть процесса». Отходящее тепло может явиться интересной
возможностью для использования в системах ЦТ, диверсифицируя производство тепла.
Промышленные холодильные башни, из которых тепло впустую
выбрасывается в атмосферу
ЦТ характеризуется большими основными фондами и стабильной работой. В новейших системах ЦТ источники тепла могут подключаться достаточно гибко, гарантируя
необходимые поставки тепла и безопасность поставок, а также собирая отходящее тепло
там, где это доступно. Расширенная система ЦТ характеризуется распределенными источниками тепла и концепцией их коллективной работы.
В новейшей системе ЦТ применяется количественное управление для концепции
переменного течения. Отдельный потребитель управляет своим потреблением посредством клапанов автоматического управления. Насосы ЦТ снабжены управлением потоком
и система может работать исключительно от котла. И, наконец, различные источники
тепла могут быть приспособлены к ситуации автоматического управления производства
тепла.
Сама по себе новейшая система ЦТ приспособлена для того, чтобы работать с разнообразными источниками тепла, разбросанными на больших расстояниях, так что система великолепно подходит для использования промышленного отходящего тепла.
Пример принципиальной схемы системы ЦТ и источников поставки тепла изображен на
рис 1 ниже.
Рис. 1. Принципиальная схема
системы ЦТ и источников поставки тепла
System principal design = принципиальная схема системы
Consumers = потребители
Power plant = электроэнергостанция
DH system = система ЦТ
Industry with waste heat and heat
pump = промышленность с отходящим теплом и тепловым насосом
peak and reserve load boiler plant =
котельная пиковой и резервной
нагрузки
Промышленное отходящее тепло
В ситуации, когда новейшая система ЦТ уже находится в работе, к ней легко добавить другие источники тепла, например, промышленное отходящее тепло. Нагрузка может и не быть очень высокой, но если отходящее тепло будет доступно весь год, оно может рассматриваться в системе как базовая тепловая нагрузка. Смотри, например, рис.2,
показывающий кривую длительности (поставки) тепла для системы ЦТ.
Рис. 2 Кривая
длительности
(поставки) тепла
для системы ЦТ
Heat duration curve
= кривая длительности (поставки)
тепла
Peak and reserve
load = пиковая и
резервная нагрузка
Bulk heat from CHP
= общедоступное
тепло от когенерации
Low grade surplus
heat from industry =
низкокачественное
избыточное тепло
от промышленности
Annual 8760 hours
= всего 8760 часов
ежегодно
Легче всего бывает в случае, когда избыточное тепло находится при температуре
около 100°С или больше. Такой источник тепла может быть подключен прямо и непосредственно к системам отопления. Чаще всего температурный уровень избыточного
тепла находится в пределах 45°С, но можно использовать и такое тепло. Однако такой
источник тепла может быть использован только в комбинации с тепловым насосом.
В настоящее время доступно много типов тепловых насосов и рефрижерантов,
определяющих конечные уровни тепла. Благодаря требованиям к экологической защите
от обычной системы с тепловым насосом ожидается уровень не выше 70°С. Когда доступно более высокотемпературное тепло, отходящее тепло может использоваться через
системы абсорбционного охлаждения и могут ожидаться температуры выше 70°С.
Тепло, которое доступно в системе и может быть зафиксировано при температуре
70°С, устанавливает требования для потребителей во внутренних системах отопления,
например, для горячего водоснабжения, работать при температуре 70°С. Так как в летнее
время промышленное отходящее тепло может быть единственным источником тепла, оно
полностью идет на горячее водоснабжение. Системы отопления в домах могут требовать
более высоких температур, но это требование появляется только в периоды, когда более
высокие температуры обеспечиваются в системах от других источников.
История вопроса
В настоящее время у нас имеется система ЦТ с ежегодным потреблением тепла в
80 ГВт. Общедоступное тепло сегодня поставляется как избыточное тепло, приходящее
со станции когенерации мощностью 20 МВт. Котлы пиковой и резервной нагрузки являются источником оставшейся части тепла. Металлургическая промышленность располагает
отходящим теплом от производства мощностью примерно в 3.6 МВт, при уровне подачи с
температурой 45°С и уровне возврата с температурой 25°С. Фотография выше показывает те промышленные холодильные башни, из которых это избыточное тепло просто впустую выбрасывается в атмосферу.
Учитывая высокую эффективность теплового насоса, поставка системой тепла может повыситься и составлять примерно 4.6 МВт и ежегодная поставка составит примерно
43% от общей поставки тепла.
Предположения для расчетов.
Инвестиции должны оплатить расходы на тепловой насос, прокладку 10 километров
двойных сетевых труб, насосы циркуляции и системы управления в точках подключения.
Затраты на эксплуатацию включают затраты на потребление электроэнергии тепловым насосом, циркуляционными насосами и общую эксплуатацию системы.
Затраты на обслуживание включают большую модернизацию теплового насоса спустя 10 лет эксплуатации и обслуживание (или замену) насосов системы каждые 5 лет.
Цены рассчитываются на основании предположения о том, что система будет работать 20 лет, норма процента составляет 4% и затраты на электроэнергию составляют
0.17€/кВтч.
Анализ осуществимости
Инвестиции в тепловой насос и подключения к системе ЦТ составляют 2.5.млн. €
при условии цены на использованное тепло, полученное от промышленности - 36€/МВтч.
Тепло, закупаемое от системы когенерации, имеет цену - 58€/МВтч. Таким образом, расчеты показывают на прибыльность разработки и ее быструю окупаемость.
Ограничения и требования к системе
В случае больших систем с тепловым насосом естественно использование аммиака
в качестве рефрижеранта. Рефрижеранты на основе HFC могут работать и при более высоких температурных уровнях, но они неприемлемы для такого размера станции благодаря требованиям к экологической защите .
В настоящем примере у нас есть еще требование к температурным пределам в сети
от 75°С до 82°С. Температура поставки от теплового насоса не существенна, так как тепло смешивается с теплом от станции когенерации. Однако в летнее время полная мощность промышленного отходящего тепла не может быть полностью использована. Так что
в стратегии компании ЦТ должен тщательно рассматриваться вопрос поставок тепла в
летнее время. Новые возможности появятся и появятся быстро в случае снижения требований к температуре поставки, а также более полного использования разницы температур. Однако этот вопрос будет рассмотрен в дальнейшем в одной или нескольких будущих статей.
Carl Bro A/S
Mr. Peter Sonne
Granskoven 8
DK-2600 Glostrup
Phone: +45 4348 6060
Fax: +45 4348 6660
pms@carlbro.dk