Гидромеханические генераторы тепла

Смотрите также ЭСА-300 мобильная передвижная дизельная электро тепловая станция

Привлекательность гидромеханических тепловых генераторов состоит в том, что в процессе их работы  не создается  выбросов веществ в атмосферу вредных для человека. Тепловой генератор может быть максимально приближен к потребителю, что приводит к значительному снижению потерь тепла.  Гидромеханические тепловые генераторы могут служить примером экологически чистого, наиболее перспективного вида преобразования  энергии в тепло , необходимого в различных сферах жизнедеятельности человека.

Известны  две основные схемы взаимодействия жидкости – теплоносителя и рабочего органа:

• В первом варианте построения рабочий орган имеет  форму трубы, внутри которой движется жидкость в двух направлениях – по касательному направлению к рабочей поверхности со скоростью Vk и поступательно вдоль поверхности рабочего органа со скоростью Vp  (Vp<<Vk) таким образом, чтобы суммарное движение жидкости имело форму вихря. Такая конструкция получила название вихревого теплового генератора. 
• Во втором варианте вращается диск. При этом, для минимизации затрат на вращение объемной массы жидкости  и повышения эффекта поверхностного трения  тонкий слой жидкости зажимается между неподвижной стенкой и вращающимся с высокой скоростью рабочим диском. Для переноса тепла  создается  прокачка жидкости насосом, либо используются насосный эффект рабочего диска. Такая конструкция получила наименование  гидромеханического теплового генератора.      

По своему устройству  гидромеханический тепловой генератор представляет собой конструкцию с емкостью  цилиндрической формы, в которой  вдоль  продольной оси устанавливается один или более дисков специальной формы приводимых во вращение асинхронным электродвигателем. Диски  и корпус теплового генератора  являются непосредственно рабочими органами, обеспечивающими нагрев жидкости.

Тепловой генератор в  комплекте с аппаратурой управления и сопряжения с тепловой сетью образует тепловую станцию.

Из тепловых станций  в комплекте с сетевыми насосами и необходимой арматурой формируются тепловые пункты различной тепловой мощности.

Тепловые пункты с гидромеханическими тепловыми генераторами  могут применяться:

• для отопления жилых и производственных зданий;
• для отопления временных сооружений и строительных объектов при отсутствии стационарного теплоснабжения;
• в качестве резервного источника тепла при аварийном отключении от систем централизованного теплоснабжения. Размещение установки может быть осуществлено в контейнерах и на транспорте;
• в качестве дополнительного источника тепла к основным средствам отопления  при пиковых нагрузках в сети;
• для отопления индивидуальных домов и отдельных коттеджей;
• для автономного обеспечения горячей водой  калориферов в системах вентиляции и  воздушного отопления;
• для получения горячей воды для различных бытовых нужд;
• для разогрева или сушки рабочего продукта в различных технологических процессах.
• в системах отопления в полевых госпиталях и пунктах управления.

В качестве механического привода для работы теплового генератора применяются электродвигатели.  В мобильных тепловых пунктах могут применяться двигатели внутреннего сгорания.

Номенклатура  изготавливаемых в настоящее время  тепловых генераторов (тепловых станций – ТС) 

Тепловые генераторы могут работать в автономном ручном режиме управления или в составе   автоматизированной системы теплоснабжения с применением устройств плавного пуска или шкафа автоматического управления тепловым генератором.

Общая структурная схема вариантов построения теплового пункта  с одним и двумя тепловыми генераторами

Преимущества применения мобильных тепловых станций с гидромеханическими тепловыми генераторами состоит в следующем:

• быстрота восстановления нарушенного теплоснабжения в условиях отсутствия перспектив скорого восстановления тепла на объекте;
• не нарушается режим работы систем электроснабжения в связи с отсутствием множественного подключения электронагревателей;
• возможность обеспечения более длительного режима работы с использованием дизельного топлива и соответствующих силовых агрегатов по сравнению с  применением топочного мазута равного объема и соответствующих котлов;
• отсутствует необходимость применения мобильной дизель–электростанции, и компрессоров, что обязательно для всех других вариантов восстановления теплоснабжения;
• надежность  работы, пожарная и взрывобезопасность;
• высокий КПД работы теплового генератора. В сравнении с электрическими нагревателями воды выход тепла больше на 15-20%.  В таком же примерно отношении происходит экономия дизельного топлива.
• мобильные тепловые станции могут быть применены в составе подвижных полевых формирований 
• для  развертывания сети теплоснабжения полевых объектов.

Экономическая эффективность применения гидромеханических тепловых генераторов может быть обоснована следующим образом.

Известно, что структура затрат потребителей на оплату отопления в системах теплоснабжения промышленных объектов и ЖКХ характеризуется следующим отношением: топливная составляющая в тарифах составляет в среднем около 25% затрат потребителей, до  75% стоимости тепла составляют капитальные вложения, амортизация и эксплуатационные затраты.

Это означает, что  значительный экономический эффект можно получить прежде всего за счет сокращения капитальных и эксплуатационных затрат.

Сравним по этим показателям  состав капитальных и эксплуатационных затрат в котельных использующих в качестве источника тепла органические виды топлива (уголь, мазут, древесину, газ) и систем теплоснабжения с гидромеханическими тепловыми генераторами.

В первом случае это расходы на устройство:

• зданий и других капитальных сооружений;
• котельного и сетевого оборудования;
• систем и средств доставки, хранения топлива перед их сжиганием (склады, транспортные сети и сети газоснабжения);
• систем удаления продуктов горения – дыма, золы и побочных веществ (дымовые грубы, транспортные средства и т.д.);
• систем поддержания необходимого химического состава теплоносителя-воды (водоподготовка);
• систем доставки теплоносителя до объектов отопления и горячего водоснабжения (сети теплоснабжения);
• систем обеспечения работы обслуживающего персонала, без которого при любом уровне автоматизации не может работать ни одна котельная;
• систем и средств обеспечения пожарной и  взрывобезопасности.

В котельных или индивидуальных тепловых пунктах (ИТП), в которых используются системы теплоснабжения и горячего водоснабжения с  тепловыми генераторами структуру капитальных и эксплуатационных расходов составляют:

• отдельно стоящие или встроенные в объект тепловые пункты;
• оборудование тепловых станций с автоматикой управления;
• сети электроснабжения;
• средства обеспечения работы эксплуатационного персонала

Расчеты показывают, что применение тепловых генераторов, позволяет сократить общие капитальные  затраты на  20-30% ,а  эксплуатационные затраты примерно в 1,5-2 раза (без учета топливной составляющей).

Данные  по затратам  на топливную составляющую

Примечание: Информация, приведенная в таблице, определялась на основе данных экспертного опроса, технических характеристик существующих котлов-генераторов тепла, действующих тарифов на топливо и электроэнергию( в Москве и Московской обл) и теплотворной способности источников тепла: уголь- 0,0047кВт/кг; мазут-0,0075 кВт/кг; природный газ- 0,005 кВт /куб.м.; дров –0,003кВт/кг.

Для электродного котла и котлов с тепловыми электрическими нагревателями (ТЭН) не учитывалось, что тариф на  электроэнергию для термических потребителей в  каждом регионе энергоснабжающие организации определяют в каждом конкретном случае( город, сельская местность  и т. п. одноставочный или  двуставочный ). 

Коэффициент рабочего цикла определяет относительное время активной работы котла – генератора тепла. Тепловые котлы и системы теплоснабжения, устанавливаемые в котельных с твердом, жидком топливом и газом (с централизованным отоплением) весьма инерционны и поэтому время рабочего цикла их равно 1. Электрические котлы и гидромеханические генераторы тепла легко выключаются и включаются автоматикой и коэффициент их включенного рабочего состояния может составлять  0,7-0,8 от общего времени работы системы отопления.

Стоимость тепловой энергии у потребителя рассчитывался с учетом следующих исходных данных: - оплата  за электроэнергию производится по двухтарифной схеме(при условии что энергоснабжающая организация предоставляет эту услугу). Процент потерь в системах с индивидуальными котельными в  домах принимался по максимальной величине равной 15%. Для остальных видов тепловых систем процент потерь принимался от 30% до 50% .      

Выводы.

• По удельным расходам потребителей на топливо(электроэнергию) гидромеханические генераторы тепла занимают третью позицию, после котлов на природном газе и котлов  на твёрдом топлие.Однако, стоимость тепла для гидромеханических тепловых генераторов можно значительно удешевить, если поставить накопители горячей воды  и в ночное время , когда действует дешевый ночной тариф(в каждом регионе энергоснабжающие организации  определяют сами какие услуги предоставлять потребителям и на каких условиях и они резко отличаются) нагревать воду для последующего расхода в дневное время . Для котлов на природном газе такой режим работы не имеет экономической целесообразности. И в этом случае отопление на гидромеханических тепловых генераторах  приблизится  к стоимости тепла котлов работающих  насетевом природном газе. (Положение с ценовой политикой  государства ведёт к ежегодному увеличению на 15%, а при вступлении в ВТО только обещания о сох ранении цен)
• Котлы на твердом топливе (угле , торфе и дровах) при малой удельной стоимости топлива имеют известные недостатки, связанные с необходимостью транспортировки , хранения , подготовки топлива к сжиганию вывоза и утилизации большого количества зольных отходов. Это загрязняет окружающую среду.  Их применение в настоящее время обуславливается   в основном не экономической целесообразностью, а как единственно возможный способ обеспечения теплофикации определенных районов. В индивидуальных домах  при отсутствии газового или  электрического отопления это единственный источник тепла. Применение этих  виды топлива  в  системе отопления  России обусловлены жизненной необходимостью и в определенных  условиях находится вне конкуренции при всех присущих им недостатках. Альтернативой сложившейся ситуации может быть только  развитие системы электроснабжения и переход на отопление от гидромеханических тепловых генераторов, что является реальной перспективой ближайшего будущего.
• Капитальные и эксплуатационные затраты , которые составляют до 75% в действующих тарифах на теплоснабжение , в системах с гидромеханическими тепловыми генераторами значительно снижены. Капитальные затраты ниже на 20-30%, эксплуатационные затраты – ниже в 1,5- 2 раза.
• Мобильные тепловые станции на базе гидромеханических тепловых генераторов могут использоваться в качестве автономного источника теплоснабжения и горячего водоснабжения в аварийных ситуациях  систем теплоснабжения, а также для  снабжения полевых объектов: подвижных пунктов управления, госпиталей, объектов материально-бытового назначения(прачечных, пунктов дезактивации и т.д.) и для решения задач  восстановления нарушенного теплоснабжения на объектах жилого фонда , в медицинских и детских учреждениях.
• В настоящее время гидромеханические тепловые генераторы нашли применение в     системах отопления жилых домов, офисных, складских помещений, на    строительных  и др. объектах, на производстве для разогрева технологических продуктов ,в домах отдыха и банях и других сферах, где необходимо получение горячей воды.   Свою эффективность тепловые генераторы подтвердили на  многих объектах в России и за рубежом.

Смотрите также ЭСА-300 мобильная передвижная дизельная электро тепловая станция