тельной пемзы, шлаковаты, цементного клинкера. Теплотехническое использование шлаков сначала развивалось в целях теплофикации в водогрейных установках. Гранулированный шлак отдавал теплоту воде первого контура, вода теплофикационной сети нагревалась в водоводяном поверхностном теплообменнике. Недостатками таких установок являлись интенсивная коррозия металла в контуре загрязненной воды, эрозия насосов и трубопроводов, загрязнение поверхности нагрева теплообменника мелкими частицами шлака.
При решении задачи комплексного энерготехнологического использования теплоты отвальных шлаков оптимальным является воздушное охлаждение гранулированного шлака. Горячий воздух может использоваться для нагрева дутьевого воздуха, необходимого для металлургической технологии, и для получение перегретого пара на ТЭС. На рис. 6.6 представлена схема энерготехнологической установки воздушного гранулирования шлака с выработкой пара энергетических параметров. Оценивая тепловой КПД шлакогранулятора в 70%, паротурбинная установка будет вырабатывать около 100 кВт.ч на одну тонну шлака. ТЭЦ, использующая теплоту отвальных шлаков, может иметь мощность в десятки МВт.
6.4. Использование теплоты низкого потенциала
Еще М.В.Ломоносов говорил, что даже в холодной воде теплоты предостаточно. Любое тело, температура которого отличается от абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии. Проблема состоит в том, что теплота низкого потенциала (т.е. при низкой температуре) непригодна для прямого использования. Согласно законам термодинамики, для повышения энергетического потенциала необходимо затратить энергию.
Тепловые насосы. В тепловых насосах теплота тела с низкой температурой (например, речной воды в зимнее время) используется для отопления. В этом устройстве температура теплоносителя (обычно фреона), отобравшего теплоту от наружного низкотемпературного теплоисточника, повышается за счет затраты механической энергии до такого уровня, который пригоден для отопительных целей.
Тепловая схема теплового насоса представлена на рис. 6.8. В испарителе 1 жидкий фреон испаряется при температуре Т0 за счет подвода теплоты qподв из низкотемпературной окружающей среды. В компрессоре 2 пар сжимается с повышением температуры до Т1, причем затрачивается меха-
ническая энергия l = qотвеп – qподв. Далее фреоновый пар поступает в конденсатор 3, в котором он, конденсируясь в жидкую фазу, отдает теплоту qотвед в
отопительную систему. Образовавшийся конденсат дросселируется в дроссельном вентиле 4, и влажный пар фреона снова поступает в испаритель 1. В отличие от холодильной установки, в которой теплота, отнятая от охлаж-
67
|
даемого тела, сбрасывается в окружаю- |
|||
|
щую среду, в тепловом насосе окружаю- |
|||
|
щая среда является источником теплоты, |
|||
|
которая передается на более высокий |
|||
|
температурный |
уровень |
отопительной |
|
|
системы. |
|
|
|
|
Совершенство теплонасосной уста- |
|||
|
новки определяется количеством тепло- |
|||
|
ты, передаваемой в отопительную систе- |
|||
|
му за счет единицы затрачиваемой меха- |
|||
|
нической энергии, и характеризуется ве- |
|||
|
личиной отопительного коэффициента ξ: |
|||
|
ξ = qотоп / ( qотоп - qподв ) . |
(6.6) |
||
Рис. 6.7. Схема теплового |
Величина |
отопительного |
коэффи- |
|
насоса: |
циента зависит от температур теплоис- |
|||
1 – испаритель; 2 – компрессор; |
точника (окружающей среды) и обогре- |
|||
3 – конденсатор; 4 – дроссель |
ваемого помещения. В |
реальных уста- |
||
новках он имеет значение от 3 до 4. Соответственно он дает значительную экономию по сравнению с непосредственным электронагревом. В Западной Европе теплонасосные установки получили широкое распространение. В Швеции более 50% домов обогреваются тепловыми насосами. В России в последние годы ХХ века работали всего 3000 тепловых насосов с мощностью от 10 кВт. Тепловые насосы нескольких типоразмеров выпускает московский завод «Компрессор».
Детандер-генераторные установки. На территории России распо-
ложена сеть магистральных газопроводов. Газ перекачивается под давлением, создаваемым компрессорными станциями. До 7% перекачиваемого газа расходуется приводными установками компрессоров. На отводах от магистральных газопроводов к потребителям – к местным газораспределительным сетям – давление газа понижается от 5…6 МПа до 0,3…0,6 МПа. Этот перепад давления может использоваться газотурбинными установками (детандерами), позволяющими возвратить часть энергии, затраченной на привод компрессоров. При этом используется экологически чистый источник энергии – перепад давления природного газа.
АО «Криокор» разработало детандер-генераторные установки (ДГУ) мощностью от 1 до 30 МВт, стоимость 1 кВт установленной мощности – около $400. Чтобы исключить обмерзание оборудования при расширении природного газа в турбине-детандере, его предварительно нагревают примерно на 60о. ДГУ могут быть установлены более чем на 600 газораспределительных станциях России, их общая мощность превысит 2750 МВт. Только в системе Мосэнерго годовая экономия топлива составила бы свыше 150 тыс. т у.т. Головные образцы ДГУ работают на Московской ТЭЦ-
68