Технологический комплекс утилизации низкопотенциального тепла шахтной воды шахты для «Зеньковская» АО Угольная Компания «Прокопьевскуголь

В 1994 г. на основе результатов исследований был выполнен рабочий проект технологического комплекса утилизации низкопотенци- алыюго тепла шахтной воды для шахты «Зепковская» АО «Прокопьевскуголь» [1.6]. С помощью данной теплонасоспой установки мощностью 2,4 МВт проектом предусмотрено покрывать круглогодичную нагрузку горячего водоснабжения и базовую нагрузку отопления шахтной поверхности.

Низкопотенциальиым источником тепла для горячего водоснабжения и отопления потребителей шахтной поверхности на шахте «Зен- ковская» принята шахтная вода с минимальным расходом 300 м3/ч и температурой 11 °С.

Однако, как показали химические анализы шахтной воды по количеству взвешенных веществ, pH и другим характеристикам, подача шахтной воды непосредственно в испарители ТНУ представляется невозможной. С целью повышения долговечности и надежности использования ТНУ предусмотрена установка в контуре шахтной воды трех спиральных теплообменников с тупиковыми каналами для создания промежуточного контура. В качестве теплоносителя в этом контуре используется водопроводная вода.

Принципиальная тепловая схема ТНС.

Для утилизации низко- потенциальной теплоты шахтной воды необходима установка четырех ТНУ единичной мощностью по 600 кВт каждый. Принципиальная тепловая схема ТНС разработана (рис.3.54) из условия максимально-эффективной утилизации тепловой энергии шахтной воды.

Тепловая схема включает в себя следующие контуры:

  • - контур подачи шахтной воды, состоящий из трех параллельно соединенных спиральных теплообменников с тупиковыми каналами, трубопроводов подачи и возврата шахтной воды и соответствующей запорной арматуры;
  • - контур низкопотенциалыюго теплоносителя испарителей ТНУ, состоящий из второй полости трех спиральных теплообменников с тупиковыми каналами, трубопроводов замкнутого контура с соответствующей арматурой и трех циркуляционных насосов К150-125-250. Подпитка контура осуществляется водопроводной водой через расширительный бак. Учитывая незначительное давление в контуре и низкую температуру теплоносителя в нем, для трубопровода применен полиэтилен низкого давления (ПНД). Испарители ТНУ и теплообменники соединены между собой параллельно;
  • - контур рабочего вещества и масла собственно ТНУ, обеспечивающие трансформацию тепловой энергии. ТНУ поставляются в полной заводской готовности;
  • - контур нагреваемой в конденсаторах ТНУ сетевой воды, состоящей из конденсаторов ТНУ, соединительных трубопроводов с запорной и регулирующей арматурой, двух циркуляционных насосов КМ 80-50-200, прямой и обратной гребенок, существующих приборов отопления, а также двух параллельно соединенных водоводяных четырех секционных подогревателей для нагревателей для нагрева водопроводной воды на ГВС. Подпитка контура осуществляется: в зимний период химводоочищенной водой из обратного трубопровода системы отопления от ХВО котельной; в неотопительный период при неработающей ХВО котельной - из водопровода через расширительный бак. Конденсаторы ТНУ между собой соединены последовательно с целью возможности работы с переменной во времени и пространстве температурой конденсации (ступенчатой конденсации рабочего вещества), что обеспечивает максимальный энергетический эффект; контур нагрева водопроводной воды для ГВС, состоящий из водоподготовительной установки АМО-25-4У, водопроводного счетчика ВТ-100, 2-ой полости 2-х водоводяных скоростных теплообменных аппаратов, а также 2-х насосов сырой воды.
Принципиальная тепловая схема ТНС

Рис. 3.54. Принципиальная тепловая схема ТНС

Схема работает следующим образом. Шахтная вода главного водоотлива от 2-х трубопроводов ДуЗОО по перемычке подается параллельно соединенных разборных спиральных теплообменника, где охлаждается за счет теплообмена с охлажденной в испарителях ТНУ водой. При этом вода из контура испарителей нагревается на 4,1 °С и подается вновь на охлаждение в испарители ТНУ. В испарителях ТНУ, соединенных между сосбой параллельно, происходит испарение низкокипя- щего рабочего вещества и приэтом тепловая энергия, полученная от шахтной воды используется па фазовый переход рабочего вещества (теплообмен при постоянной температуре и давлении). Пары рабочего вещества из испарителей ТНУ отсасывается и сжимаются компрессором до давления конденсации (определяемого температурой и расходом входящей в конденсатор воды). При сжатии паров компрессором повышается их давление и температура, и в результате при конденсации сжатых паров в конденсаторе ТНУ выделяется теплота фазового перехода (теплота конденсации), примерно равная ранее полученной в испарителях теплоте испарения, но имеющая большую температуру. Таким образом осуществляется трансформация низкопотенциалыюй тепловой энергии в высокопотенциальную, при этом величина получаемой высокопотенциалыюй тепловой энергии равняется сумме: энергии, полученной в испарителе и энергии затраченной па привод компрессора.

Конденсаторы ТНУ соединены последовательно по нагреваемой сетевой воде. Нагретая в конденсаторах сетевая вода подается па прямую гребенку, из которой распределяется на систему отопления и на теплообменники нагрева воды на ГВС. Обратная сетевая вода из теплообменников и системы отопления АБК собирается на обратную гребенку и вновь подается на нагрев в конденсаторы ТНУ.

Количество типоразмеров ТНУ мощность. 600 кВт, выпускаемых западными фирмами, достаточно велико. Поэтому, для выбора ТНУ оптимальной конструкции для данных условий и наилучших технических характеристик было проведено сравнение технико-экономических показателей ТНУ производства 2-х ведущих западных фирм:

  • 1. GSV111 фирмы «Негсо KUHLTECHNIK» (Германия), являющейся ведущей в мире по производству оборудования для охлаждения в горно-добывающей промышленности.
  • 2. 3OHQ370 и 3OHQ320 фирмы «Carrier» (США), являющейся ведущей в мире по производству тепловых насосов практически для всех видов деятельности.

В таблице 3.17 приведены основные сравнительные характеристики ТНУ указанных фирм, которые приведены к одинаковым внешним условиям:

  • - температура, входящего в испаритель теплоносителя (ИНПТ) -
  • 11 °С;
  • - температура, выходящей из конденсатора сетевой воды - 70 °С.

Таблица 3.17

Сравнительные характеристики ТНУ различных фирм_

п/п

Наименование

Ед.измер.

GSV-111

Негсо

30HQ370

Carrier

1

2

3

4

5

1.

Теплопроизво-

дительность

кВт

605

560

2.

Хладопроизводительность

-//-

355

344

3.

Потребляемая электрическая мощность

-//-

280

223

4.

Коэффициент

преобразования

б/р

2,16

2,51

5.

Тип компрессора

-

Винтовой

Полугер-

метичный

поршневой

6.

Рабочее вещество

-

R134A

R134A

7.

Количество компрессоров

шт.

1

6

8.

Количество независимых контуров циркуляции рабочего вещества

шт.

1

2

9.

Полная заправка рабочим веществом

кг

140

184

10.

Полная заправка маслом

-//-

260

80

11.

Диапазон регулирования теплопроизводительности

%

10

11

12.

Устройство для регулирования подачи рабочего вещества в испаритель

-

Поплавковый

Flororonicll

13.

Количество:

  • - конденсаторов
  • - испарителей

шт.

  • 1
  • 1
  • 2
  • 1

14.

Расход теплоносителей через:

  • - испаритель
  • - конденсатор

м3

  • 75
  • 52
  • 50
  • 47

15.

Г идравлическое сопротивление:

  • - испаритель
  • - конденсатор

м в.ст.

  • 3
  • 3
  • 0,9
  • 1,3

16.

Установленная единичная

мощность

электродвигателя

кВт

315

45

17.

Масса машины с полной заправкой

кг

6750

7620

1

2

3

4

5

18.

Габаритные размеры машины

  • - компрессорный агрегат
  • - испарительно-конденса- горный агрегат

ммхммхмм

3380x920 х2040 (h) 3700x900 х2000 (h)

  • 4961х1505х
  • 1902
  • (h)

19.

Необходимая площадь для установки

м2

14,4

11,9

20.

Наличие маслоохладителя

-

есть

Есть

21.

Стоимость установки

долл США

220779

170300

Как, видно из сравнительных характеристик ТНУ GSV-111 и 30HQ370, практически все показатели имеют большие различия между собой, что говорит о разных подходах фирм к решению одной задачи. При этом некоторые показатели ТНУ GSV-111 превосходят аналогичные показатели машины 30HQ370, и наоборот, другие показатели машины 30HQ370 лучше, чем у G5Y-111. Поэтому необходим дополнительный анализ сравнительных характеристик, в том числе удельных показателей по следующим факторам: энергетическим, удельным стоимостным, габаритным, надежности, электрическим и т.д

1. Энергетический фактор.

Как видно из таблицы 3.17, коэффициент преобразования машины 30HQ370 па 14% выше, чем у GSV - 111. Это объясняется лучшими термодинамическими показателями сжатия поршневых компрессоров, чем винтовых.

  • 2. Единичная, установленная электрическая мощность электродвигателя 30HQ370 в 7 раз меньше, чем у GSV-111. Это значительно снижает пусковые токи и упрощает подключение их к энергосистеме.
  • 3. Удельная заправка R134A у машины 30HQ370 составляет 0,33 кг/кВт, а у машины GSV-111 - 0,23 кг/кВт, т.е. на 30% больше.

Удельная заправка маслом у машины 30HQ370 составляет 0,14 кг/кВт, а у машины GSV -111 - 0,43 кг/кВт, т.е. на 67% меньше.

  • 4. Удельная металлоемкость. Для машины 30HQ370 - 13,6 кг/кВт; для машины GSV-111-11,1 кг / кВт., т.е. у машины 30HQ370 на 18% больше.
  • 5. Надежность. При выходе из строя 1 компрессора у машины 30HQ370 теплопроизводнтелыюсть .уменьшается на 16%, а у машины

GSV - 111 - на 100%. При выходе из строя любого аппарата или трубопровода рабочего вещества у машины 30HQ370

теплопроизводителыюсть уменьшится на 50%, а у машины GSV-111 - на 100%. Таким образом, надежность машины 30HQ370 представляется выше, чем у GSV-111.

  • 6. Удельная площадь, необходимая для размещения машины 30HQ370 составляет 0,020 м2/кВт, а для машины GSV - 111 - 0,024 м2/кВт.
  • 7. Для машины 30HQ370 удельная стоимость равна 304 долл.США/кВт, для машины GSV-111 удельная стоимость - 305 долл.США/кВт или на 16,7% меньше, чем у машины GSV -111.

Учитывая, что у машины 30HQ370 энергетические, габаритные, стоимостные показатели лучше, а также надежность ее выше, чем у машины GSV-111 представляется предпочтительной установка ТНУ фирмы «Carrier» (США).

Для определения эффективности применения ТНУ в системе теплоснабжения шахты «Зенковская» проведено сравнение основных техник»-экономических показателей ТНУ фирмы «Негсо» и «Carrier» по сравнению с существующей котельной. Результаты сравнения приведены в таблице 3.18.

При расчете технико-экономических показателей систем теплоснабжения использовались следующие исходные данные и положения:

  • - стоимость топлива - 41500 руб/т;
  • - вид топлива на котельной - уголь марки ТР (тощий

рядовой);

- теплотворная способность (низшая) - 26000 кДж/кг.

Стоимость электроэнергии:

  • - 1 кВт лимита мощности в часы максимума нагрузки - 16852 руб/кВт;
  • - 1 кВт/Ч потребляемой активной энергии - 11,08 руб.
  • - 1 кВАр потребляемой реактивной электроэнергии - 32,73 руб.
  • - удельный расход условного топлива

на выработку электроэнергии в ОЭС Сибири - 318 г у.т/кВт/ч

- удельный расход условного топлива

на выработку тепловой энергии в котельной - 50 кг у.т/ГДж

  • - срок строительства ТНС - менее 1 года
  • - стоимость поставки ТНУ определена по данным заводов- изготовителей в долл. США;
  • - транспортные и другие расходы в долл.США определены ив расчета SIF-Прокопьевск по данным дистрибьюторов;
  • - пересчет стоимости оборудования осуществлялся по курсу 2100 руб/долл.США.

Таблица 3.18

Сравнение технико-экономических показателей теплоснабжения

п/п

Наименование

Ед.

измер.

Варианты

Негсо

Carrier

Котельная

I.

Годовое потребление тепловой энергии

гыс.Дж/

год

50

50

50

2.

Годовая выработка тепловой энергии

-//-

50

50

55

3.

Среднегодовой коэффициент преобразования

б/р

2,59

4,61

4.

Годовой расход элет- кроэнергии на выработку тепловой энергии

млн.кВт •ч/год

5,36

4,61

5.

Годовой расход первичного топлива на выработку тепловой энергии

т

у.т./год

1705

1466

2750

6.

Г одовая экономия топлива на котельной:

  • - условного
  • - натурального
  • -II-
  • -//-

-

-

  • 2750
  • 3095

7.

Г одовая экономия первичного топлива в ситсеме теплоснабжения

т

у.т./год

1045

1284

-

8.

Капиталовложение:

  • -ТНУ
  • -транспортные расходы -вспомогательное оборудование
  • - монтаж Всего

долл США долл США млн. руб.

  • -II-
  • -//-
  • 883196
  • 20000
  • 50
  • 40
  • 1896
  • 631500
  • 20000
  • 50
  • 40
  • 1458

9.

Г одовые эксплуатационном издержки:

  • - затраты на топливо
  • - затраты на электроэнергию

млн.

руб/год

59,4

5U

128,5

10.

Годовая экономия эксплуатационных издержек

млн.

руб/год

69,1

77,4

По экологическим показателям, разработанная ТНС представляет собой абсолютно чистое производство, поскольку не имеет никаких вредных выбросов в окружающую среду и по всем требованиям соответствует лучшим мировым стандартам. При этом использование ТНС предотвращает сжигание не менее 3095 т угля в год в котельной со всеми вытекающим последствиями. Применение ТНС позволит сократить количество выбросов в окружающую среду:

- сажи, золы - 87 т/год; оксидов углерода - 52 т/год; оксидов серы - 17 т/год; оксидов азота - 16 т/год.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >