Технологический комплекс утилизации низкопотенциальной теплоты шахтной воды шахты «5-6» АО Угольная Компания «Прокопьевскуголь»

В г. Прокопьевске Кемеровской области создалась неблагоприятная экологическая ситуация. Прежде всего, это связано с деятельностью шахт, в основном расположенных в черте города. Ввиду отсутствия альтернативного топлива (газа) в городе, шахтные котельные работают на угле. Большинство котельных не имеют установок очистки дымовых газов, поэтому в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ (пыль, оксиды серы, азота и другие). Кроме того, в связи с углублением подземных разработок и закрытием шахт, стоимость угля непрерывно повышается. В результате постоянно растет себестоимость тепла, вырабатываемого в шахтных котельных [1.6;2.19;3.18].

Теплоснабжение шахты «5-6» АО «Угольная компания «Про- копьевскуголь» осуществляется от угольной котельной с котлами ДКВ-6,5/13 - 2 шт„ ДКВР-10/13 - 3 шт„ ДКВР-20/13 - 2 шт. Данная шахта испытывает большой недостаток тепловой энергии. Из-за отсутствия финансирования не проводятся необходимые ремонты, замена оборудования, и, как следствие, при работе в зимних условиях весь объем подаваемого в шахту воздуха не подогревается до требуемой температуры, возникают аварийные остановки вентиляторов главного проветривания, приводящие к выводу рабочих из шахты, простою шахты, потерям добычи угля. Для реконструкции существующей котельной и приобретения необходимого котельного оборудования пет достаточных финансовых средств. Поэтому было принято решение разработать и внедрить технологию утилизации низкопотенциалыюго тепла шахтных вод с тепловыми насосами.

Для обеспечения теплом шахту «5-6» рассматривались несколько вариантов. Строительство новой котельной или реконструкция существующей. В связи с тем, что существующая котельная морально устарела, котлы не оборудованы газоочисткой и экономайзером, реконструкция их потребует больших финансовых средств. Строительство новой котельной предусматривает, кроме закупки котельного оборудования, строительство здания, трубы и очистных сооружений. Альтернативным способом является получение тепла с помощью тепловых насосов. При этом закупается только тепловой насос и вспомогательное оборудование (здание имеется).

Оценка экономической эффективности и сроков окупаемости проекта утилизации шахтных вод выполнена по сравнению с действующей системой теплообеспечения шахты с учетом предотвращенного экологического ущерба. Приведен сравнительный анализ с проектом строительства новой котельной.

Исходные и расчетные данные по проекту

Расчетный (минимальный) расход шахтных вод - 320 м3/ч.

Расчетная (минимальная) температура шахтной воды +12 °С.

Суммарное потребление тепла шахтой - 100000 Гкал/год.

Стоимость 1 Гкал тепла, выработанного в шахтной котельной - 138,4 руб.

Стоимость электрической энергии - 0,145 руб/кВтч.

Необходимая температура воды для душевых +45 °С.

Расход горячей воды: максимальный - 60 м3/сут.; средний - 40 м3/сут.

Штрафные санкции, заплаченные шахтой в 1998 г., за вредные выбросы в атмосферу при выработке тепла в котельной - 240 тыс. руб/год.

Стоимость поставки ТНУ (по данным завода изготовителя) - 1800 тыс. руб./Гкал/ч.

Стоимость строительства новой котельной мощностью 3 Гкал/ч

- 3500 тыс.руб. (по данным АО «СИБТЕПЛОМАШ»),

Стоимость строительства очистных сооружений для котельной -

1500 тыс.руб.

Продолжительность периода горячего водоснабжения 8400 ч/год.

Расход тепла па горячее водоснабжение - 95,7 кВт.

Количество тепла, утилизируемого из шахтной воды - 2644 кВт

(2,27 Гкал/ч).

Суммарная мощность электродвигателей тепловых насосов - 909 кВт.

Количество теплоты, полученной посредством тепловых насосов

- 3308 кВт (3 Гкал/ч).

Подпитка контура осуществляется из водопровода через расширительный бак.

Принципиальная схема, разработанной системы утилизации низ- копотепциальньго тепла шахтных вод представлена па рис. 3.55 и работает следующим образом: шахтная вода главного водоотлива с температурой 12 °С от 2-х трубопроводов по отводам подается на теплообменники, где охлаждается за счет теплообмена с охлажденной в испарителях ТНУ водой. При этом вода из контура испарителей нагревается на 7 °С и подается вновь па охлаждение в испарители ТНУ. В испарителях ТНУ происходит испарение низкокипящего рабочего вещества (фреона) и при этом тепловая энергия, полученная от шахтной воды, используется на фазовый переход рабочего вещества (теплообмен при постоянной температуре и давлении). Пары рабочего вещества из испарителя ТНУ отсасываются и сжимаются компрессором до давления конденсации (определяемого температурой и расходом входящей в конденсатор воды). При сжатии паров компрессором повышается давление и температура, а в результате при конденсации сжатых паров в конденсаторе ТНУ выделяется теплота фазового перехода (теплота конденсации).

Принципиальная технологическая схема утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод

Рис.3.55. Принципиальная технологическая схема утилизации низкопотенциального тепла шахтных вод

Нагретая в конденсаторах сетевая вода подается на прямую гребенку, из которой распределяется на систему отопления и горячего водоснабжения. Обратная сетевая вода из системы отопления собирается на обратную гребенку и вновь подается на нагрев в конденсаторы.

В таблице 3.19 представлена эффективность проекта в сравнении со строительством новой котельной.

Таблица 3.19 Расчет эффективности проекта (данные 1999 г.)

п/п

Наименование

Единица измерения

Варианты

ТНУ

Котельная

1

Годовая выработка тепла

Гкал

25200

25200

2

Среднегодовой коэффициент преобразования теплового насоса

б/р

4,06

3

Годовой расход электроэнергии на выработку тепла

кВт/ч

764-104

4

Капитальные вложения:

  • - оборудование
  • - прочие, всего

тыс. руб.

  • 7550
  • 450
  • 8000

5

Капитальные вложения на строительство новой котельной мощностью 3 Гкал/ч и очистных сооружений.

тыс. руб.

-

5000

6

Годовые эксплуатационные издержки на получение тепла в котельной

  • (с учетом затрат на потребления электроэнергии и амортизационные отчисления)
  • - штрафы за вредные выбросы всего

тыс. руб.

3490

тыс. руб.

61

тыс. руб.

3551

7

Годовые эксплуатационные издержки на получение тепла с помощью тепловых насосов - на электроэнергию

тыс. руб.

1107

- амортизационные отчисления

тыс. руб.

503

всего

тыс. руб.

1610

8

Годовая экономия эксплуатационных издержек

тыс. руб.

1941

9

Годовой предотвращенный экологический ущерб

тыс. руб.

5670

10

Годовая экономия с учетом предотвращенного экологического ущерба

тыс. руб.

7611

1 1

Срок окупаемости проекта с учетом предотвращенного экологического ущерба

год

1

12

Срок окупаемости дополнительных средств для проекта относительно строительства новой котельной

год

1,5

В таблице 3.20 приведены данные о вредных выбросах от угольной котельной с тепловой мощностью 3 Гкал/ч в течение года:

Таблица 3.20

Вредные выбросы, т выбросов/год

Зола, сажа

NOx

SOx

182

40

117

При использовании электроэнергии от ГЭС тепловой насос вообще не имеет вредных выбросов.

Из приведенных данных видно, что замена традиционного получения тепла от котельной на теплонасосную технологию позволит сократить годовые вредные выбросы, на 340 тонн.

Оценка предотвращенного экологического ущерба от внедрения проекта утилизации шахтных вод производилась на основании методики «Методические указания по определению экономического ущерба от воздействия предприятий отраслей ТЭК на окружающую среду и расчету величины эколого-экономического эффекта от выполнения природоохранных мероприятий», разработанной в МНИИЭКО ТЭК. В методике приводятся, в частности, показатели удельного ущерба от загрязнения атмосферы выбросами вредных веществ при работе котельных в Кузнецком угольном бассейне.

Удельный экономический ущерб представлен па таблице 3.21.

Таблица 3.21

Удельный экономический ущерб, тыс. руб./т выбросов

Зола, сажа

NOx

SOx

30,25

1,87

0,77

Сумма предотвращенного экологического ущерба составляет:

Годовой экономический эффект от внедрения проекта с учетом предотвращенного экологического ущерба:

Срок окупаемости внедрения проекта с учетом предотвращенного экологического ущерба:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >