Технические науки/5. Энергетика.

К.т.н., доцент Илиев А.Г.

Южно-российский государственный университет экономики и сервиса

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАЛООТХОДНОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЙ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ПРАЧЕЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Целью экспериментальных исследований для разработки научно-технических решений по совершенствованию теплоиспользующих технологических процессов с применением энергосберегающего оборудования является определение зависимостей выхода тепловых вторичных энергоресурсов (ВЭР) от параметров и расхода первичных и вторичных теплоносителей.

Для исследования малоотходной системы теплотехнологий с использованием промстоков в качестве ВЭР на предприятиях фабрик-прачечных разработана структурная схема экспериментальной установки, которая дает общее описание системы теплопотребления и использования ВЭР. Температура рабочего теплоносителя, подготовленного в данной системе, является главным определяющим параметром экономической эффективности использования тепловых ВЭР. Структурная схема малоотходной системы теплотехнологий (МСТТ) представлена на рисунке 1.

G_В, t_В

t_ОВ t_П W_C, t_C t_К

W_В, t

Рис.

Рисунок 1 - Структурная схема тепловой подготовки рабочего теплоносителя с использованием ВЭР для предприятий прачечного производства.

Согласно схеме для осуществления технологических процессов стирки белья используется теплоноситель (горячая вода, подогретая паром) с температурой t_П. Начальная температура водопроводной воды, после химического умягчения, как рабочего теплоносителя составляет температуру t_ОВ. Для осуществления рассматриваемых технологических процессов, этот теплоноситель необходимо нагреть от температуры t_ОВ до температуры t_П. Предполагается, что нагрев воды осуществляется за счет горения газа в паровом котле с температурой t_S, вода перед этим прошла предварительное химическое умягчение и обладает тепловым потенциалом t_ОВ. Образовавшиеся в результате теплоиспользующих технологических процессов стирки промышленные стоки имеют водяной эквивалент W_C и температуру t_С, причем t_C > t_ОВ. При использовании рекуператора (РГПС) в нем осуществляется теплообмен между промстоками (t_С) и водопроводной водой t_В, так, как t_С>t_В, водопроводная вода покинет РГПС с температурой выше первоначальной t и в последствии на её нагрев понадобиться меньше тепловой энергии, т.е. топливно-энергетических ресурсов.

Так же, при использовании изолированного трубопровода подогретый теплоноситель из РГПС может направляться непосредственно к ТТО, в том случае, если технологический процесс стирки требует относительно небольшой температуры (замочка, полоскание, стирка белья с минимальным загрязнением и т.п.).

На рисунке 2 представлена схема экспериментальной установки для определения зависимости теплового потенциала вторичных энергоресурсов от температуры водопроводной воды t_В, температуры промстоков на входе t_С и на выходе из рекуперативного теплообменника по пути в узел химической очистки воды t, температуры воды на входе в паровой котел t_ОВ и на выходе из него при попадании в стиральную машину t_П, температуры горячего теплоносителя (пара) в паровом котле t_S и расходов водопроводной воды G_В и промстоков G_С. Q_ВЭР = f (t_С, t_В, t_К, t_П, t_ОВ, t_S, G_C, G_В).

Основными элементами установки являются: паровой котел 1 (ПК), теплоиспользующее технологическое оборудование (стиральная машина) 2 (ТТО), дополнительное теплообменное оборудование 3 (РГПС), а также узел химической очистки воды 4 (ХВО).

Принцип действия экспериментальной установки:

По первичному трубопроводу 1, проходя через узел химической очистки воды (ХВО) 6, рабочий теплоноситель (пар) от парового водогрейного котла (ПК) 3 поступает к стиральной машине (СМ) 4 для осуществления основных технологических процессов стирки белья. После стирки, образовавшиеся промышленные стоки, собираются в коллекторе сточных вод 12 и через систему магнитных фильтров 13 поступают в отстойник сточных вод 14. При следующем этапе эксперимента водопроводная вода по вторичному трубопроводу 2 направляются в дополнительный рекуперативный теплообменный аппарат (РГПС) 5, к которому подводятся промышленные стоки, таким образом, осуществляется теплообмен между промышленными стоками и водопроводной водой внутри рекуператора, в последствие промышленные стоки по трубопроводу 16 сбрасываются в канализацию. В результате теплообмена тепловой потенциал водопроводной воды возрастает, далее подогретая вода может направляться либо в узел химической водоочистки (ХВО) 6 затем в паровой водогрейный котёл (ПК) 3, либо непосредственно в стиральную машину (СМ) 4.

1- первичный трубопровод

2- вторичный трубопровод

3- паровой котел (ПК)

4 - теплоиспользующее технологическое оборудование, стиральная машина (СМ)

5-рекуператор горячих промышленных стоков, дополнительный теплообменник (РГПС)

6- комплексный узел для химической очистки воды (ХВО)

7,8,9,10 - вентили

11- насос (нагнетатель)

12 – коллектор сточных вод

13- система магнитных фильтров для очистки стоков

14- отстойник сточных вод

15 - изолированный водопровод

16 - трубопровод для сброса стоков в канализацию

17 – узел учета тепловой энергии

18,19,20,21,22 – датчики температуры

23,24 – расходомеры

25 – составной теплосчетчик

26 – манометр, для измерения давления пара

Рисунок 2 – Схема экспериментальной установки для определения
зависимостей Q_ВЭР = f (t_С, t_В, t_К, t_П, t_ОВ, t_S, G_C, G_В)

Использование МСТТ обеспечит экономию топливно-энергетических ресурсов, повысит рентабельность предприятия в целом.

Таким образом, для получения теплоносителя с температурой t_П, используемого в технологических процессах, имеются два греющих теплоносителя:

первичный – подогрев в паровом котле за счет горения газа с температурой t_S;

вторичный – горячий сток с водяным эквивалентом W_C и температурой t_С, (причем t_C > t_В).

Промышленные стоки, тепловой потенциал которых нельзя использовать для подогрева водопроводной воды (с температурой t_К), сбрасываются в канализацию по трубопроводу.

Факторы, определяющие процесс: значения расхода промышленных стоков G_С, теплоемкость С_РС, температура промышленных стоков t_С данные параметры, характеризуют теплоиспользующий технологический процесс стирки и выбираются в зависимости от производительности предприятия N.

- для предприятий фабрик-прачечных:

Выбор варьируемых факторов: расходы промстоков G_С = 2,5-10,5 кг/с с интервалом 1,5 кг/с; теплоемкость С_РС = 4,19; температуры промстоков t_С = 45 - 70⁰С с интервалом 5⁰С в соответствии с производительностью прачечных N = 250 -1000 кг/ч стирки белья.

Проведение эксперимента

С целью определения эффективности применения энергосберегающего оборудования, а так же для определения теплового потенциала промышленных стоков в зависимости от расхода и температуры рабочего теплоносителя эксперимент проводится по двум схемам:

1. схема: первичный теплоноситель – паровой котел (ПК) – теплоиспользующее технологическое оборудование (стиральная машина) (ТТО) - коллектор сточных вод - канализация;

2.схема: первичный теплоноситель – (ПК) – (ТТО) - коллектор сточных вод –– химическая очистка воды (ХВО) - (ПК).

По первой схеме – первичный теплоноситель (водопроводная вода) подвергается умягчению, далее направляется в паровой котел для нагревания, потом в теплоиспользующее технологическое оборудование (стиральную машину, гладильный каландр, пароманекен и т.д.) и после завершения технологических процессов сбрасывается в канализацию.

По второй схеме – водопроводная вода после осуществления основных технологических процессов стирки направляется в дополнительный рекуперативный теплообменник, где происходит теплообмен между водопроводной водой и промышленными стоками, вследствие чего тепловой потенциал водопроводной воды возрастает, далее подогретая вода направляется на химическую водоочистку и обратно в котел.

При этом сравнение результатов эксперимента показывает степень использования теплоты горячих промстоков по уменьшению расхода греющего пара, т.е. тепловой энергии и топлива.

Эксперимент проводился следующим образом:

При открытом вентиле 7 и закрытом 8 рабочий теплоноситель (водопроводная вода) поступает по первичному трубопроводу 1 в комплексный узел для химической очистки воды (ХВО) 6, после этого в пароводяной теплообменник (ПК) 3, где происходит нагревание воды продуктами сгорания газа до необходимой температуры t. Далее вода подается в теплоиспользующее технологическое оборудование - стиральную машину (СМ) 4 и поступает в коллектор сточных вод 12, потом, пройдя систему магнитных фильтров для очистки стоков 13, попадает в отстойник 14, затем в рекуператор горячих промышленных стоков (РГПС) 5, наполняя его.

При следующем этапе эксперимента вентиль 7 перекрывается, открывается вентиль 8, водопроводная вода по трубопроводу 2 поступает непосредственно в дополнительный рекуператор сточных вод (РГПС) 5, где происходит теплообмен между водопроводной водой и промышленными стоками, по трубопроводу 16 промышленные стоки сбрасываются в канализацию. Далее, подогретая водопроводная вода поступает в узел химической очистки воды (ХВО) 6, либо, по изолированному трубопроводу 15, непосредственно в стиральную машину (в зависимости от температурного режима технологического процесса), далее в паровой котел (ПК) 3, потом в стиральную машину (СМ) 4, экспериментальный цикл, таким образом, завершается. Для обеспечения циркуляции промышленных стоков от рекуператора горячих промышленных стоков к узлу химической очистки воды применяется насос для технической воды 11. Вентили 9 и 10 позволяют направить подогретую водопроводную воду от рекуператора, либо к стиральной машине (при открытом вентиле 9 и закрытом 10), либо в узел ХВО (при закрытом вентиле 9 и открытом 10).

Для измерения параметров греющих и нагреваемого теплоносителей использовались: образцовые расходомеры 23,24 регистрирующие расходы воды перед вентилями подачи и расход стоков на выходе из дополнительного теплообменника. Температура водопроводной воды на входе в дополнительный теплообменник, в паровой котел и в узел химической очистки воды регистрировалась датчиками температуры 18,19,20, температура стоков на входе и на выходе из дополнительного теплообменника датчиками 21,22. Показания с датчиков снимались щитовым контрольно-измерительным прибором и отправлялись в узел учета тепловой энергии 17, отображаясь на диаграммной ленте самопишущего прибора. Расходы теплоносителя (пара) измерялись манометром 26 типа ВСХ с визуальной регистрацией. Для измерения теплового потенциала вторичного теплоносителя, использовались составные теплосчетчики 25.

При проведении экспериментальных исследований было проведено 9 серий опытов по 11 экспериментов в каждой. Для обработки исходных экспериментальных результатов использована математическая модель выхода и удельных показателей тепловых ВЭР.

Этот способ удобен в том отношении, что полученные коэффициенты теплопередачи могут быть использованы в других инженерных расчетах в рамках той же модели.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бильмаер, В. В, Теплообмен и гидравлическое сопротивление в компланарных каналах рекуперативных теплообменных аппаратов жилищно-коммунального хозяйства и бытовой техники [Текст]: дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук / В. В. Бильмаер. - М.: МГУС, 2005. - 100 с.

2. Бильмаер, Ф. В. Разработка нового метода интенсификации теплообмена для оборудования предприятий сервиса [Текст] / В. В. Бильмаер, Ф. В Пелевин // Теоретические и прикладные проблемы сервиса. - 2005. - № 3. - С. 15 - 19.

3. Варфоломеев, Ю.М., Энергосбережение в промышленных и коммунальных предприятиях: учебное пособие / Варфоломеев Ю.М., Федоров М.Н. 2008 – 124 стр.

4. Бильмаер, Ф. В. Совершенствование теплообменных аппаратов для предприятий сервиса [Текст] // Сб. IХ-я междунар. научно - практическая конференция «Наука – сервису». - М.: МГУ, 2004. - С. 90 – 91.

5. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента в историческом аспекте [Текст]: информационные материалы Совета по «Кибернетике» / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова. - М., 1970.