Надежность и эффективность — неизменные требования промышленности. В настоящее время они, несомненно, относятся к числу важнейших задач, стоящих перед производителями и операторами систем. Однако производство технологического воздуха по своей природе требует относительно большого количества энергии. При этом выделяется большой объем тепловой энергии — так называемого технологического тепла. Оно возникает не только в образующемся потоке воздуха, но и под звукоизоляционным кожухом в результате теплоотдачи двигателя, глушителя и компрессора. Ранее это тепло зачастую не использовалось.
Будучи производителем высокоэффективных компрессоров, компания AERZEN давно разрабатывает инновационные решения для практического использования тепловой энергии. Это позволяет компании предлагать операторам водоочистных станций передовую компрессорную технологию и надлежащие системы по рекуперации тепла из одних рук.
Потенциальная экономия, которой можно достичь в результате использования системы рекуперации тепла, огромна: до 85 процентов тепловой энергии может с легкостью использоваться для других операций,например, для нагрева воды, осушительных процессов или предварительного нагрева воздуха в горелке. Потери энергии, вызванные, например, вентиляцией нагретого воздуха снаружи, исключаются. Таким образом, рекуперация тепла обеспечивает целенаправленную, ресурсосберегающую экономию энергии.
Инвестиционные затраты на систему рекуперации тепла относительно низкие и быстро компенсируются за счет экономии энергии. Более старые очистные сооружения также можно модернизировать и оптимизировать без больших затрат времени и средств. Компания AERZEN с удовольствием поможет вам во внедрении индивидуальных решений. Рекуперацию тепла можно использовать для широкого спектра процессов и областей применения.
Целью каждого проектировщика станции является снижение затрат за счет максимально эффективного использования энергии, поступающей в процесс. В области производства сжатого воздуха рекуперация тепла представляет собой простое решение этой задачи. Для того чтобы понять, почему в процессе работы компрессор вырабатывает тепловую энергию и как можно использовать эту энергию, полезно ознакомиться с принципом работы воздушного компрессора.
Большое количество отводимого тепла, вырабатываемого при производстве сжатого воздуха, никак не свидетельствует об эффективности машины. Это побочный продукт, который всегда образуется при производстве технологического воздуха. Операторы станций долго не осознавали скрытый здесь огромный потенциал энергии. As a rule, the heat is generated in two different ways: on the one hand, from сжатия среды компрессором, с другой стороны, в виде отводимого тепла (охлаждающего воздуха), исходящего от двигателя, ступени и глушителя, а также выхлопного воздуха из масляного радиатора.
Такие агрегаты, как винтовые компрессоры и воздуходувки нагнетательного действия, сжимают всасываемый окружающий воздух с помощью винтов или ротационных поршней. Такой метод сжатия воздуха представляет собой термодинамический процесс, в ходе которого всасываемая среда, например воздух или газ, нагревается. С физической точки зрения, в ходе этого процесса электрическая энергия преобразуется в тепловую. При использовании компрессоров технологический газ может достигать температуры до 280 °C.
Логичным способом рекуперации тепла из технологического воздуха является использование теплообменников; при интеграции теплообменников в воздушный поток через них может проходить такая среда, как вода, которая будет нагреваться до заданной температуры, одновременно отводя тепло из воздушного потока. Нагретую воду можно повторно использовать в качестве технологической или технической воды или в системах центрального отопления. Для этого компания AERZEN предлагает индивидуально разработанные теплообменники, которые преобразуют максимальное количество передаваемого тепла с минимальными потерями давления.
В результате теплоизлучения двигателя, масляного радиатора, ступени компрессора, роторно-поршневой ступени, трубопровода и глушителя под звукоизоляционным кожухом сборки создается дополнительная тепловая энергия. Этот сильно нагретый охлаждающий воздух также можно использовать для практических целей. Тепло можно накапливать во встроенном в конструкционный узел воздуховоде для отработанного воздуха и передавать в виде отопительного воздуха в соседние помещения или цеха. Терморегулируемый выход обеспечивает регуляцию воздушного потока и создает равномерную температуру окружающей среды. Если отопление не требуется, например, летом, избыточное тепло можно выводить наружу.
Очистка сточных вод является ключевой сферой деятельности компании Aerzener Maschinenfabrik. Это семейное предприятие является глобальным поставщиком в этой области и постоянно разрабатывает ресурсосберегающие и экологически чистые комплексные решения для клиентов по всему миру. Они охватывают не только подбор оптимального технологического оборудования «под заказ», но и концепции рекуперации тепла. На водоочистных станциях такие системы обычно используются для аэрации аэрационных бассейнов. В рамках этого процесса создается воздушный поток под давлением около 1 бар с помощью воздуходувок нагнетательного действия, турбовоздуходувок и компрессоров AERZEN, работающих как совместно, так и по отдельности. Воздушный поток перекачивается в аэрационные бассейны (т. н. «биологическую» часть сооружения). Содержащийся в воздухе кислород играет решающую роль на основном технологическом этапе: биологической очистке сточных вод.
С точки зрения общих энергозатрат, возникающих на водоочистной станции, их наибольшая часть, естественно, приходится на создание воздушного потока. Поэтому потенциал экономии в этой области чрезвычайно высок. Возможности огромны: один только компрессор мощностью 22 кВт может удовлетворить потребности в отоплении одного частного дома.
Многочисленные успешные проекты Aerzener Maschinenfabrik показывают, как можно заметно улучшить энергетический баланс водоочистной станции, внедрив решения по рекуперации тепла и выбрав оптимальное технологическое оборудование для каждой области применения. Ознакомиться с различными примерами можно здесь:
Еще одним примером высокоэффективной рекуперации тепла является проект, реализованный при сотрудничестве с AERZEN на водоочистной станции в Эссен-Купфердрее. Для подачи воздуха в аэрационные бассейны на станции используется четыре воздуходувки нагнетательного действия. Благодаря использованию кожухотрубного теплообменника станция может теперь практично и эффективно использовать отработанное тепло воздуходувок. Преобразованная энергия установки подает тепловую энергию в отопительную систему и буферную емкость для теплой воды. Получаемая экономия огромна: одна только рекуперация тепла позволила станции в Эссен-Купфердрее экономить более 30'000 евро в год.
На водоочистной станции Вертах в Баварии благодаря использованию теплообменника удалось избежать установки новой горелки для нагрева воды в отопительном котле. Для базовой нагрузки в Вертахе используются две воздуходувки Delta с фиксированной скоростью. При более высоких потребностях, например, во время туристического и лыжного сезона с большим количеством посетителей, включается третья воздуходувка с переменной скоростью.
Образующийся в процессе сжатия теплый воздух с температурой 68 °C охлаждается до температуры ниже 30 °C с помощью пластинчатого теплообменника «воздух-вода». Возникающую в результате охлаждения разницу в почти 40 °C можно использовать для поддержания температуры воды отопительного котла. Встроенный в систему теплообменник оснащен оптимизированными профилями потока и практически не вызывает потерь давления в потоке технологического воздуха.
Если отопление не требуется (например, летом), он просто отключается. Механический клапан в трубопроводе позволяет частично или полностью направлять воздух непосредственно в аэрационные бассейны, а не через теплообменник, что обеспечивает постоянное регулирование и рекуперацию тепла согласно потребности. В Вертахе рекуперация тепла позволила экономить около 1850 литров мазута в год. Более подробную информацию по теме можно найти в статье «Эффективное отопление с использованием отводимого тепла» в нашем журнале для клиентов.
Для соблюдения строгих экологических требований водоочистной станции Фильдерштадт-Бонланден, построенной в 1960-х годах в немецкой земле Баден-Вюртемберг, четыре роторно-лопастных компрессора Delta Hybrid были оснащены системой рекуперации тепла в рамках проекта по модернизации и обновлению в сотрудничестве с компанией AERZEN.
Комбинация установок обеспечивает подачу 100 % безмасляного сжатого воздуха без содержания абсорбента для высокоэффективной аэрации аэрационных бассейнов. Работа безмасляным методом и без содержания абсорбента не только означает экономию на работах по сервисному и техническому обслуживанию, но и повышает технологическую надежность очистного сооружения. После завершения модернизации система обеспечивает циркуляцию нагретого машинами окружающего воздуха и подает его через вытяжную систему в другие инженерные помещения для обогрева.
Однако наибольшей экономии можно достичь за счет установки кожухотрубного теплообменника в магистральный трубопровод системы. В теплообменнике тепло отводится из потока технологического воздуха и используется для нагрева воды. В результате затраты на подогрев воды были полностью исключены. Вы можете узнать подробнее о рекуперации тепла в Фильдерштадте-Бонландене из нашего журнала для клиентов в статье «Оптимальное использование каждого киловатта».
Пневматическая транспортировка подразумевает транспортировку с помощью воздуха таких сыпучих материалов, как мука, порошок, песок или цемент. Эта технология используется во многих отраслях промышленности, таких как пищевая промышленность, производство сыпучих продуктов, химикатов и материалов. Для создания необходимого воздушного потока часто используются компрессоры, воздуходувки и роторно-лопастные компрессоры AERZEN. При этом отходящий воздух может достигать очень высокой температуры.
Окружающий воздух, который обычно имеет температуру около 20 °C, всасывается и в процессе сжатия, например, при помощи винтовых компрессоров, может достигать температуры до 280 °C. Во избежание повреждения транспортируемых сыпучих грузов под воздействием высоких температур часто требуется охлаждение технологического воздуха. С помощью теплообменника можно удалить тепло из сжатого воздуха и использовать его для отопления, для нагрева воды или для технологических нужд. В зависимости от конструкции потери давления при наличии теплообменника составляют 1–3 % по отношению к абсолютному давлению всасывания в выходном охладителе. озникающее при этом увеличение мощности привода двигателя является номинальным по сравнению с количеством энергии, сэкономленным благодаря теплообменнику.
Необходимо учитывать несколько факторов, прежде чем принимать решение о покупке технологии по рекуперации тепла.
Для начала необходимо проверить состояние конструктивных элементов. Важно, чтобы источник отработанного тепла и теплоотвод были расположены рядом друг с другом. Если они слишком удалены друг от друга, при планировании следует учитывать потери энергии при транспортировке и более высокие затраты на трубопроводы. Если для транспортировки или хранения тепла требуется много усилий, необходимо учитывать и более высокие инвестиционные затраты. Кроме того, для окупаемости установки рекуперации тепла необходимо, чтобы между источником отходящего тепла и теплоотводом станции соблюдалось значение Δ T не менее 5–10 k.
Как правило, рекуперация тепла особенно оправдывает себя при использовании с большими конструкциями и в рамках постоянно действующих производственных процессов. Однако система рекуперации тепла также выгодна при низком уровне отработанного тепла, но высокой рабочей нагрузке. В целом, рекуперация тепла тем выгоднее, чем дольше оборудование находится в работе.
Большие объемы энергии, необходимые для производства сжатого воздуха, можно повторно использовать различными способами. Технологии и ноу-хау компании AERZEN позволяют разрабатывать новые проекты в области очистки сточных вод и пневматической транспортировки, при которых тепловая энергия используется повторно для отопления помещений, цехов или нагрева воды (технологической или технической), а также на различных этапах производственных процессов. Возможны различные сферы применения.
Существующие сооружения также можно модернизировать с использованием простых средств, повышающих их эффективность. В этой области компания AERZEN предлагает своим клиентам широкий пакет услуг, таких как круглосуточная телефонная справочнаяслужба, диагностика оборудования, а также AERaudit, которые помогают сотрудникам разработать план модернизации станции.
С помощью калькулятора вентиляции помещений AERZENинженеры и владельцы водоочистных станций могут сами определить необходимую конструкцию теплообменника, соответствующую их потребностям.
СТРАНИЦЫ В РАЗДЕЛЕ ПО ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД В МИРЕ:Водоподготовка и очистка сточных вод | Услуги для операторов водоочистных сооружений | Примеры из практики | Performance³ | Wastewater treatment guide | Калькулятор производительности
